Reading between the (Spectral) Lines: Magellan/IMACS Spectroscopy of the Ultrafaint Dwarf Galaxies Eridanus IV and Centaurus I
Mairead Heiger, Ting S. Li, Andrew B. Pace, Joshua D. Simon, Alexander P. Ji, Anirudh Chiti, Clécio R. Bom, J. A. Carballo-Bello, Jeffrey L. Carlin, W. Cerny, Yumi Choi, A. Drlica-Wagner, D. J. James, C. E. Martínez-Vázquez, G. E. Medina, Burçı̇n Mutlu-Pakdı̇l, M. Navabi, Noelia E. D. Noël, J. D. Sakowska, Guy S. Stringfellow
Abstract
Abstract We present a spectroscopic analysis of Eridanus IV (Eri IV) and Centaurus I (Cen I), two ultrafaint dwarf galaxies of the Milky Way. Using IMACS/Magellan spectroscopy, we identify 28 member stars of Eri IV and 34 member stars of Cen I. For Eri IV, we measure a systemic velocity of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>v</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi>sys</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mn>31.5</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>1.2</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>1.3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mspace width="0.33em"/> <mml:mi>km</mml:mi> <mml:mspace width="0.25em"/> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:math> , and velocity dispersion <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>σ</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi>v</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mn>6.1</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>0.9</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>1.2</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mspace width="0.33em"/> <mml:mi>km</mml:mi> <mml:mspace width="0.25em"/> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:math> . Additionally, we measure the metallicities of 16 member stars of Eri IV. We find a metallicity of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mo stretchy="false">[</mml:mo> <mml:mi>Fe</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mo stretchy="true">/</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi> <mml:mo stretchy="false">]</mml:mo> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mn>2.87</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>0.07</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>0.08</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> </mml:math> , and resolve a dispersion of σ [Fe/H] =0.20 ± 0.09. The mean metallicity is marginally lower than all other known ultrafaint dwarf galaxies, making it one of the most metal-poor galaxies discovered thus far. Eri IV also has a somewhat unusual right-skewed metallicity distribution. For Cen I, we find a velocity v sys = 44.9 ± 0.8 km s −1 , and velocity dispersion <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>σ</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi>v</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mn>4.2</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>0.5</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>0.6</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mspace width="0.33em"/> <mml:mi>km</mml:mi> <mml:mspace width="0.25em"/> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:math> . We measure the metallicities of 27 member stars of Cen I, and find a mean metallicity [Fe/H] = −2.57 ± 0.08, and metallicity dispersion <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>σ</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo stretchy="false">[</mml:mo> <mml:mi>Fe</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mo stretchy="true">/</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi> <mml:mo stretchy="false">]</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mn>0.38</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>0.05</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>0.07</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> </mml:math> . We calculate the systemic proper motion, orbit, and the astrophysical J-factor for each system, the latter of which indicates that Eri IV is a good target for indirect dark matter detection. We also find no s