Systematic census of RR Lyrae in Milky Way stellar streams

Nearly 150 tidal streams are known today; yet, full phase-space information exists for only a handful. RR Lyrae stars (RRL) - pulsating horizontal branch stars that serve as excellent standard candles - offer a powerful means to probe these structures, but they have only been specifically identified in less than dozen streams. In this work we study the RRL population in all the known stellar streams with reported proper motion in the galstreams library, performing the first systematic census of these stars across the streams. Our goals are to i) identify likely RRL members, ii) map distances along streams, and iii) compare RRL populations in streams and surviving progenitors. We use a union of the largest RRL catalogs (Gaia~DR3 SOS, PS1, and ASAS-SN-II) to construct a Bayesian probabilistic membership model and associate RRL to the 56 streams (75 tracks) studied. We find that only 32 of the 56 streams have RRL in their tidal tails - 13 with progenitors and 19 without. Of these, 13 streams present more than 3 RRL in their tails. We report new RRL detections in 31 of the 32 streams with identified RRL, anchoring the distances of the streams and, in particular, inferring new distance gradients for 5 stellar streams. Our method also provides intrinsic dispersion estimates in distance and proper motion for each track and statistically quantifies the expected contamination. In addition, the census revealed some complex origin histories, such as the new plausible origin scenario we propose for M92 with multiple progenitors. We also find that the presence of RRL in the tidal tails is linked to the late stages of progenitor dissolution. This census represents a first step toward identifying which of the studied stellar streams contain a significant number of RRL based on currently reported tracks while also providing a homogeneous and robust catalog of RRL members with precise empirical distances, crucial for a full phase-space analysis of these structures and their use to probe the Galaxy.

Resumen:

Hoy se conocen alrededor de 150 corrientes de marea; sin embargo, sólo existe información completa en el espacio de fases para unas pocas. Las estrellas RR Lyrae (RRL) - estrellas pulsantes de la rama horizontal que sirven como excelentes estándares de luminosidad - ofrecen un poderoso medio para estudiar estas estructuras, pero sólo han sido específicamente estudiadas en menos de una docena de corrientes. En este trabajo estudiamos la población de RRL en todas las corrientes estelares conocidas con movimientos propios reportados en la biblioteca galstreams, realizando el primer censo sistemático de estas estrellas entre las corrientes. Nuestros objetivos son: i) identificar probables miembros RRL, ii) mapear distancias a lo largo de las corrientes, y iii) comparar las poblaciones de RRL en las corrientes y en sus progenitores supervivientes.
Usamos la unión de los catálogos más grandes de RRL (Gaia-DR3 SOS, PS1 y ASAS-SN-II) para, a través de un modelo Bayesiano de probabilidad de membresía,  asociar RRL a las 56 corrientes (75 trazas) estudiadas. Encontramos que sólo 32 de las 56 corrientes tienen RRL en sus colas de marea - 13 con progenitor identificado y 19 sin ellos. De estas, 13 corrientes presentan más de 3 RRL en sus colas. Reportamos nuevas detecciones de RRL en 31 de las 32 corrientes con RRL identificadas, anclando las distancias de las corrientes y, en particular, infiriendo 5 nuevos gradientes de distancia. Nuestro método también provee estimaciones de dispersiones intrínsecas en distancia y movimiento propio para cada traza y estadísticamente cuantifica la contaminación esperada. Además, el censo reveló algunas historias de origen complejas, como el nuevo y plausible escenario de origen con múltiples progenitores que proponemos para M92. También encontramos que la presencia de RRL en las colas de marea está vinculada a las etapas finales de la disolución del progenitor. Este censo representa un primer paso hacia la identificación de las corrientes estelares estudiadas que contienen un número significativo de RRL basándose en las trazas actualmente reportadas, mientras que también proporciona un catálogo homogéneo y robusto de miembros RRL con distancias empíricas precisas, crucial para el análisis completo en el espacio de fases de estas estructuras y su uso para estudiar la Galaxia.