[論文レビュー] 3D self-consistent N-body barred models of the Milky Way: I. Stellar dynamics

R. Fux|ArXiv.org|Jun 24, 1997

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、COBE/DIRBE Kバンドマップと運動論的制約を用いて星の運動をモデル化することで、銀河の棒構造に関する3次元自己自己整合的N体シミュレーションを提示する。棒の傾きは28°±7°、パターン速度は50±5 km/s/kpc、上面からの軸比は0.5±0.1であると判明した。モデルは局所の運動論的特性、表面密度、マイクロレンズ光学的厚さを再現しており、一定厚さのディスクと、0.7太陽単位を超えるバルジの質量対光度比を支持する。

ABSTRACT

Many 3D N-body barred models of the Galaxy extending beyond the Solar circle are realised by self-consistent evolution of various bar unstable axisymmetric models. The COBE/DIRBE K-band map, corrected for extinction, is used to constrain the location of the observer in these models, assuming a constant mass-to-light ratio. The resulting view points in the best matching models suggest that the inclination angle of the Galactic bar relative to the Sun-Galactic centre line is 28+-7 degree. Scaling the masses according to the observed radial velocity dispersion of M giants in Baade's Window, several models reproduce satisfactorily the kinematics of disc and halo stars in the Solar neighbourhood, as well as the disc local surface density and scale parameters. These models have a face-on bar axis ratio b/a=0.5+-0.1 and a bar pattern speed Omega_p=50+-5 km/s/kpc, corresponding to a corotation radius of 4.3+-0.5 kpc. The HI terminal velocity constraints favour models with low disc mass fraction near the centre. The large microlensing optical depths observed towards the Galactic bulge exclude models with a disc scale height hz<250 pc around R=4 kpc, arguing for a constant thickness Galactic disc. The models also indicate that a spiral arm starting at the near end of the bar can contribute as much as 0.5x10^(-6) to the optical depth in Baade's Window. The mass-to-K luminosity ratio of the Galactic bulge is probably more than 0.7 (Solar units), and if the same ratio applies outside the bar region, then the Milky Way should have a maximum disc.

研究の動機と目的

• 観測された運動論的および光度的データを再現する、自己自己整合的3次元N体モデルを用いて、銀河の棒構造を再構築すること。
• COBE/DIRBE KバンドマップとM型巨星の径方向速度分散を用いて、棒の姿勢、パターン速度、質量分布を制約すること。
• モデルが太陽系近傍における局所の星の運動論的特性、表面密度、スケールパラメータを再現できるかどうかを検証すること。
• HI終端速度データとマイクロレンズ光学的厚さの制約と、モデルの整合性を評価すること。
• 銀河バルジの質量対光度比を推定し、ディスクの最大質量と厚さに与える影響を評価すること。

提案手法

• 棒不安定性を引き起こす軸対称モデルを自己自己整合的に進化させ、銀河の3次元N体シミュレーションを生成すること。
• 観測者位置と棒の姿勢を制約するため、消光補正済みCOBE/DIRBE Kバンドマップを用いる。
• 観測されたKバンドの光度と一致させるために、一定の質量対光度比を適用し、質量分布を推定する。
• バーディーズ・ウインドウにおけるM型巨星の径方向速度分散を用いて、モデルの質量スケーリングを行い、局所の運動論的特性を一致させる。
• モデルの予測を、ディスクおよびハローの表面密度、スケール長、スケール高さと比較する。
• HI終端速度データとマイクロレンズ光学的厚さの制約を組み込み、ディスクの厚さや質量分率が不一致であるモデルを除外する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 太陽-銀河中心線からの棒の傾きとパターン速度は、太陽系近傍における観測されたKバンドの形状と運動論的特性を最もよく再現するか？
• RQ2 自己自己整合的N体モデルは、銀河ディスクの局所の星の表面密度とスケールパラメータを再現できるか？
• RQ3 HI終端速度データとマイクロレンズ光学的厚さは、中心ディスク質量分率とスケール高さにどのような制約を課すか？
• RQ4 銀河バルジの質量対Kバンド光度比はどの程度であり、全体の質量分布にどのような影響を及えるか？
• RQ5 棒の近端から始まるスパイラルアームが、バーディーズ・ウインドウにおけるマイクロレンズ光学的厚さに顕著な寄与を果たす可能性はあるか？

主な発見

• COBE/DIRBE Kバンドマップとの一致から、太陽-銀河中心線からの棒の傾きは28°±7°である。
• 棒のパターン速度は50±5 km/s/kpcであり、これは4.3±0.5 kpcのコリレーション半径に対応する。
• 上面からの棒の軸比は0.5±0.1であり、観測された棒の形状と整合的である。
• 太陽系近傍における観測されたマイクロレンズ光学的厚さを再現するためには、R≈4 kpcにおける一定ディスクスケール高さ（≥250 pc）が必要である。
• 棒の近端から始まるスパイラルアームは、バーディーズ・ウインドウにおける光学的厚さに最大で0.5×10⁻⁶の寄与を示す可能性がある。
• 銀河バルジの質量対Kバンド光度比はおそらく0.7太陽単位を超えると推定され、これは同じ比が棒領域外でも適用される場合、最大ディスク質量を示唆する。