Repository logo
 

Charting the Galactic Acceleration Field. II. A Global Mass Model of the Milky Way from the STREAMFINDER Atlas of Stellar Streams Detected in Gaia DR3

Published version
Peer-reviewed

Repository DOI


Change log

Abstract

jats:titleAbstract</jats:title> jats:pWe present an atlas and follow-up spectroscopic observations of 87 thin stream-like structures detected with the STREAMFINDER algorithm in Gaia DR3, of which 28 are new discoveries. Here, we focus on using these streams to refine mass models of the Galaxy. Fits with a double-power-law halo with the outer power-law slope set to −jats:italicβ</jats:italic> jats:sub jats:italich</jats:italic> </jats:sub> = −3 yield an inner power-law slope of jats:inline-formula jats:tex-math

</jats:tex-math> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> mml:mo−</mml:mo> mml:msub mml:miγ</mml:mi> mml:mih</mml:mi> </mml:msub> mml:mo=</mml:mo> mml:mo-</mml:mo> <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo> mml:msubsup mml:mn0.97</mml:mn> mml:mrow mml:mo−</mml:mo> mml:mn0.21</mml:mn> </mml:mrow> mml:mrow mml:mo+</mml:mo> mml:mn0.17</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mspace width="0.25em"/> <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo> </mml:math> <jats:inline-graphic xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="apjad382dieqn1.gif" xlink:type="simple"/> </jats:inline-formula>, a scale radius of jats:inline-formula jats:tex-math

</jats:tex-math> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> mml:msub mml:mrow mml:mir</mml:mi> </mml:mrow> mml:mrow mml:mn0</mml:mn> mml:mo,</mml:mo> mml:mih</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> mml:mo=</mml:mo> mml:msubsup mml:mrow mml:mn14.7</mml:mn> </mml:mrow> mml:mrow mml:mo−</mml:mo> mml:mn1.0</mml:mn> </mml:mrow> mml:mrow mml:mo+</mml:mo> mml:mn4.7</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mspace width="0.25em"/> mml:mikpc</mml:mi> </mml:math> <jats:inline-graphic xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="apjad382dieqn2.gif" xlink:type="simple"/> </jats:inline-formula>, a halo density flattening jats:italicq</jats:italic> jats:sub jats:italicm</jats:italic>,jats:italich</jats:italic> </jats:sub> = 0.75 ± 0.03, and a local dark matter density of jats:italicρ</jats:italic> jats:sub jats:italich</jats:italic>,⊙</jats:sub> = 0.0114 ± 0.0007 jats:italicM</jats:italic> jats:sub⊙</jats:sub> pcjats:sup−3</jats:sup>. Freeing jats:italicβ</jats:italic> yields jats:inline-formula jats:tex-math

</jats:tex-math> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> mml:miβ</mml:mi> mml:mo=</mml:mo> mml:msubsup mml:mrow mml:mn2.53</mml:mn> </mml:mrow> mml:mrow mml:mo−</mml:mo> mml:mn0.16</mml:mn> </mml:mrow> mml:mrow mml:mo+</mml:mo> mml:mn0.42</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> </mml:math> <jats:inline-graphic xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="apjad382dieqn3.gif" xlink:type="simple"/> </jats:inline-formula>, but this value is heavily influenced by our chosen virial mass limit. The stellar disks are found to have a combined mass of jats:inline-formula jats:tex-math

</jats:tex-math> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> mml:msubsup mml:mrow mml:mn4.20</mml:mn> </mml:mrow> mml:mrow mml:mo−</mml:mo> mml:mn0.53</mml:mn> </mml:mrow> mml:mrow mml:mo+</mml:mo> mml:mn0.44</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> mml:mo×</mml:mo> mml:msup mml:mrow mml:mn10</mml:mn> </mml:mrow> mml:mrow mml:mn10</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mspace width="0.25em"/> mml:msub mml:mrow mml:miM</mml:mi> </mml:mrow> mml:mrow mml:mo⊙</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> <jats:inline-graphic xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="apjad382dieqn4.gif" xlink:type="simple"/> </jats:inline-formula>, with the thick disk contributing 12.4% ± 0.7% to the local stellar surface density. The scale lengths of the thin and thick disks are jats:inline-formula jats:tex-math

</jats:tex-math> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> mml:msubsup mml:mn2.17</mml:mn> mml:mrow mml:mo−</mml:mo> mml:mn0.08</mml:mn> </mml:mrow> mml:mrow mml:mo+</mml:mo> mml:mn0.18</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> </mml:math> <jats:inline-graphic xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="apjad382dieqn5.gif" xlink:type="simple"/> </jats:inline-formula> and jats:inline-formula jats:tex-math

</jats:tex-math> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> mml:msubsup mml:mrow mml:mn1.62</mml:mn> </mml:mrow> mml:mrow mml:mo−</mml:mo> mml:mn0.13</mml:mn> </mml:mrow> mml:mrow mml:mo+</mml:mo> mml:mn0.72</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mspace width="0.25em"/> mml:mikpc</mml:mi> </mml:math> <jats:inline-graphic xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="apjad382dieqn6.gif" xlink:type="simple"/> </jats:inline-formula>, respectively, while their scale heights are jats:inline-formula jats:tex-math

</jats:tex-math> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> mml:msubsup mml:mn0.347</mml:mn> mml:mrow mml:mo−</mml:mo> mml:mn0.010</mml:mn> </mml:mrow> mml:mrow mml:mo+</mml:mo> mml:mn0.007</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> </mml:math> <jats:inline-graphic xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="apjad382dieqn7.gif" xlink:type="simple"/> </jats:inline-formula> and jats:inline-formula jats:tex-math

</jats:tex-math> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> mml:msubsup mml:mrow mml:mn0.86</mml:mn> </mml:mrow> mml:mrow mml:mo−</mml:mo> mml:mn0.02</mml:mn> </mml:mrow> mml:mrow mml:mo+</mml:mo> mml:mn0.03</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mspace width="0.25em"/> mml:mikpc</mml:mi> </mml:math> <jats:inline-graphic xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="apjad382dieqn8.gif" xlink:type="simple"/> </jats:inline-formula>, respectively. The virial mass of the favored model is jats:inline-formula jats:tex-math

</jats:tex-math> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> mml:msub mml:mrow mml:miM</mml:mi> </mml:mrow> mml:mrow mml:mn200</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> mml:mo=</mml:mo> mml:msubsup mml:mrow mml:mn1.09</mml:mn> </mml:mrow> mml:mrow mml:mo−</mml:mo> mml:mn0.14</mml:mn> </mml:mrow> mml:mrow mml:mo+</mml:mo> mml:mn0.19</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> mml:mo×</mml:mo> mml:msup mml:mrow mml:mn10</mml:mn> </mml:mrow> mml:mrow mml:mn12</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mspace width="0.25em"/> mml:msub mml:mrow mml:miM</mml:mi> </mml:mrow> mml:mrow mml:mo⊙</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> <jats:inline-graphic xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="apjad382dieqn9.gif" xlink:type="simple"/> </jats:inline-formula>, while the mass inside of 50 kpc is jats:italicM</jats:italic> jats:sub jats:italicR</jats:italic><50</jats:sub> = 0.46 ± 0.03 × 10jats:sup12</jats:sup> jats:italicM</jats:italic> jats:sub⊙</jats:sub>. We introduce the Large Magellanic Cloud (LMC) into the derived potential models, and fit the Orphan stream therein, finding a mass for the LMC that is consistent with recent estimates. Some salient highlights include the nearby trailing arm of jats:italicω</jats:italic> Cen, and a nearby very metal-poor stream that was once a satellite of the Sagittarius dwarf galaxy. Finally, we unambiguously detect a hot component around the GD-1 stream, consistent with it having been tidally preprocessed within its own dark matter subhalo.</jats:p>

Description

Keywords

5109 Space Sciences, 51 Physical Sciences

Journal Title

Astrophysical Journal

Conference Name

Journal ISSN

0004-637X
1538-4357

Volume Title

967

Publisher

American Astronomical Society
Sponsorship
EC ∣ ERC ∣ HORIZON EUROPE European Research Council (ERC) (834148)