[論文レビュー] A Dynamical Model of the Local Group

P. J. E. Peebles, R. Brent Tully+1 more|arXiv (Cornell University)|May 27, 2011

advanced mathematical theories参考文献 3被引用数 14

ひとこと要約

本論文では、z ≈ 9における線形摂動理論からの初期条件を用いて、1.5 Mpc圏内の28個の銀河の軌道をシミュレートする、宇宙論的制約を受ける局所銀河団の動的モデルを提示する。このモデルは赤方偏移、距離、および固有運動をよく適合させ、銀河の円運動速度を256 km s⁻¹と予測し、スーパー銀河縦経度 ∼70° の近傍で高赤方偏移で共通の濃縮状態から生まれた10個の銀河のグループを明らかにし、これは原始銀河団形成の失敗を示唆している。

ABSTRACT

This dynamical model for the 28 galaxies with distances less than 1.5 Mpc, and not apparently tight satellites, is constrained by the initial condition that peculiar velocities at high redshift are small and growing in accordance with the standard cosmology. The solution is a satisfactory fit to most of the measured redshifts, distances, and proper motions, with some interesting exceptions that call for further investigation. The model predicts Milky Way rotation speed 256 km/s, consistent with Reid et al. (2009a). Ten Local Group galaxies emanate from low supergalactic latitude and supergalactic longitude ~ 70 degrees, perhaps as remnants from failed assembly of a larger galaxy. NGC 6822 passes close to the Milky Way at redshift ~0.27, in an orbit similar to the Magellanic Clouds. Leo I has heliocentric angular velocity 0.33 mas/yr, perhaps measurable by the mean stellar motion, and 15 galaxies have proper motions greater than 0.05 mas/yr, measurable for any with masers.

研究の動機と目的

• 高赤方偏移における特異速度の宇宙論的初期条件を組み込んだ、局所銀河団の動的モデルの構築を目的とする。
• 1.5 Mpc圏内の28個の局所銀河団銀河の観測赤方偏移、距離、固有運動を、密な衛星銀河およびLMCを除いて適合させる。
• NGC 6822 やLeo I などの銀河、特に高い固有運動を示す銀河の起源と軌道歴を調査する。
• M33の軌道などの異常を特定することでモデルの頑健性を検証し、外部質量集積の役割を評価する。
• 将来的なVLBIおよびGAIAによる固有運動測定が局所動力学を制約する可能性を探索する。

提案手法

• 数値作用法（NAM）を用いて混合境界値問題を解き、現在の位置とz ≈ 9（1 + z_i = 10）における宇宙論的初期条件を組み合わせる。
• 銀河は原始銀河団内の断片の集団運動を表す点粒子としてモデル化され、初期特異速度は線形摂動理論に整合するように v ∝ t に比例する。
• 外部質量集積（例：スカルプター団、マフェイ団、セプテントルス団）を表すための現象的4体近似を用い、その質量、位置、赤方偏移を観測データの適合を改善するために調整する。
• 太陽の半径における銀河の円運動速度は自由パラメータであり、観測データに一致させるために256 km s⁻¹に制約される。
• 作用関数の一次および二次微分を用いて反復的に軌道を精緻化し、初期条件および現在の制約を両方満たす静的解に収束させる。
• 外部質量の重力的影響は調整可能なアクターを通じて扱われるが、これは簡略化であり、将来的には明示的な外部質量動力学による精緻化が必要である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ、スーパー銀河縦経度 ∼70°、縦緯度 ∼0° の近傍で初期位置が類似する10個の局所銀河団銀河が高赤方偏移で観測されるクラスタリングを示すのか？
• RQ2 他の観測量をよく適合させているにもかかわらず、なぜモデルのM33の軌道は中程度の赤方偏移でM31に近接通過するのを再現できないのか？
• RQ3 GAIA やVLBI といった現在および将来的な機器の検出限界に達するか、あるいはそれを上回る予測固有運動を持つ局所銀河団銀河の固有運動はどの程度か？
• RQ4 4個の不適合銀河の赤方偏移および距離における系統的不一致は、外部質量効果の現象的取り扱いの欠陥を示唆しているのか？
• RQ5 256 km s⁻¹というMWの円運動速度の予測は、独立した測定によって確認または精緻化可能か？

主な発見

• モデルはMWの円運動速度を256 km s⁻¹と予測し、Reidら（2009a）が報告した値と整合的である。
• NGC 6822、NGC 185、NGC 147、Leo A、アンドロメダ XIV、カシオペア dSph、ペガシス dSph、UGC 4879、およびセクサンツ A/B の10個の局所銀河団銀河は、SGL ∼70°、SGB ∼0° の共通の高赤方偏移濃縮状態から生まれ、物理的領域は約400 kpc、幅は75 kpc未満に収束する。
• Leo I の太陽系中心角速度は0.33 mas yr⁻¹であり、星の固有運動によって測定可能である可能性があり、15個の銀河が0.05 mas yr⁻¹を超える固有運動を持つ。これはマーサーを用いたVLBI測定の範囲内にある。
• NGC 6822は赤方偏移 z ∼ 0.27 にかけて、大マゼラン雲と同様の軌道をたどり、銀河の近くを通過した。
• 4個の銀河の軌道に異常を特定し、特にM33の軌道の文脈において、外部質量効果の現象的取り扱いの欠陥が示唆される。
• 宇宙論的初期条件に基づくモデルは、いくつかの未解決の不一致が存在するものの、多数の観測制約を合理的に適合させることができ、将来的な固有運動調査による検証の新たな道を開く。