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

Abstract

Abstract We 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 − β h = −3 yield an inner power-law slope of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:msub> <mml:mi>γ</mml:mi> <mml:mi>h</mml:mi> </mml:msub> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo> <mml:msubsup> <mml:mn>0.97</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>0.21</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>0.17</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mspace width="0.25em"/> <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo> </mml:math> , a scale radius of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>r</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>0</mml:mn> <mml:mo>,</mml:mo> <mml:mi>h</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mn>14.7</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>1.0</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>4.7</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mspace width="0.25em"/> <mml:mi>kpc</mml:mi> </mml:math> , a halo density flattening q m , h = 0.75 ± 0.03, and a local dark matter density of ρ h ,⊙ = 0.0114 ± 0.0007 M ⊙ pc −3 . Freeing β yields <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mi>β</mml:mi> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mn>2.53</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>0.16</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>0.42</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> </mml:math> , but this value is heavily influenced by our chosen virial mass limit. The stellar disks are found to have a combined mass of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mn>4.20</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>0.53</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>0.44</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mn>10</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>10</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mspace width="0.25em"/> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>M</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>⊙</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> , 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 <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msubsup> <mml:mn>2.17</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>0.08</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>0.18</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> </mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mn>1.62</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>0.13</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>0.72</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mspace width="0.25em"/> <mml:mi>kpc</mml:mi> </mml:math> , respectively, while their scale heights are <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msubsup> <mml:mn>0.347</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>0.010</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>0.007</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> </mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msubsup>