[論文レビュー] Accurate determination of the mass distribution in spiral galaxies III. Fabry-Perot imaging spectroscopy of 6 spiral galaxies

Sébastien Blais-Ouellette, P. Amram+2 more|ArXiv.org|Oct 29, 2004

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 29被引用数 40

ひとこと要約

本研究では、6つの渦巻銀河の正確なHα回転曲線を高分解能ファブリ・ペロー分光法で導出し、低分解能のH I 21 cmデータと比較してビームスミアリング効果を定量的に評価した。H I回転曲線は、特にビームサイズと銀河サイズの比が高い銀河では、内側領域で系統的に低く見積もられていることが判明し、質量分布やダークマターホールのプロファイルを調べる際、Hαデータが運動学的分解能において優れていることが示された。

ABSTRACT

High resolution Fabry-Perot data of six spiral galaxies are presented. Those data extend the previous sample of spiral galaxies studied with high resolution 3D spectroscopy to earlier morphological types. All the galaxies in the sample have available HI data at 21 cm from the VLA or Westerbork. Velocity fields are analyzed and Halpha rotation curves are computed and compared to HI curves. The kinematics of NGC 5055 central regions are looked at more closely. Its peculiar kinematics can be interpreted either as a bipolar outflow or as a counter-rotating disk, possibly hosting a 9 pm 2 10^8 Msol compact object. Most of the Halpha rotation curves present a significantly steeper inner slope than their HI counterparts. The 21 cm data thus seems affected by moderate to strong beam smearing. The beam smearing has an effect at higher scale-length/beam-width than previously thought (up to 20 km/s at a ratio of 8.5).

研究の動機と目的

• 放射線H Iデータの限界を克服するため、高分解能光学分光法を用いて渦巻銀河内の質量分布を正確に特定すること。
• 特にビームサイズと銀河サイズの比が高い銀河において、H I 21 cm回転曲線に及ぼすビームスミアリングの影響を調査すること。
• HαとH I回転曲線を比較し、渦巻銀河の内側領域におけるH Iデータの信頼性を評価すること。
• 2次元速度場を用いて、NGC 5055における運動学的異常（例えば、双極的噴流や反転回転ディスクなど）を検出すること。
• 特にH I表面密度が低い領域において、HαとH Iデータの相補性を評価すること。

提案手法

• 6つの渦巻銀河に対して、内側ディスクの速度勾配を解像できる分解能の高さのファブリ・ペロー分光法データを取得した。
• Hα線からの2次元速度場を構築し、空間分解能の影響を最小限に抑えて正確なHα回転曲線を導出した。
• VLAおよびWesterborkデータからのH I 21 cm回転曲線とHα回転曲線を比較し、ビームスミアリングに起因する乖離を定量化した。
• ビームスミアリング補正モデル（例：Begeman 1987）を適用し、Hαを基準基準としてその正確性を評価した。
• ビームスミアリングの深刻さを評価するために、$ R_{vdB} = \frac{\text{スケール長}}{\text{ビーム幅}} $ の比を用い、値が大きいほど誤差の可能性が高くなることを示した。
• 速度場の運動学的ずれを分析し、バーブ、噴流、反転回転ディスクなどの非円形運動を検出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 H I 21 cmデータにおけるビームスミアリングは、渦巻銀河の内側回転曲線の測定をどの程度歪めるか？
• RQ2 高分解能ファブリ・ペロー分光法で得られたHα回転曲線は、同じ銀河におけるH I回転曲線とどのように異なるか？
• RQ3 NGC 5055における運動学的シグネチャーは、コンパクトな天体、または双極的噴流や反転回転ディスクの存在を示唆しているか？
• RQ4 ビーム対銀河サイズ比（$ R_{vdB} $）は、HαとH I回転曲線の乖離とどの程度相関しているか？
• RQ5 どの領域でHα分光法がH Iよりも信頼性の高い運動学的情報を提供するか、特にH Iが検出されないか弱い領域において？

主な発見

• Hα回転曲線は、H I回転曲線と比較して一貫して内側の勾配が急で、H Iデータが内側領域でビームスミアリングの影響を系統的に受けることが示された。
• NGC 5055では、HαとH I回転曲線の最大乖離が23.9 km/sに達し、$ R_{vdB} $ 比が最も高い（8.51）ことから、ビームスミアリングが主要な誤差要因であることが確認された。
• NGC 2841では、Begemanの手法によるビームスミアリング補正が過剰に行われており、補正モデルが普遍的に信頼できるとは限らないことが示唆された。
• NGC 5055では、中心部の運動学的特徴は、質量 $ 9 \times 10^8 \thinspace M_\bigodot $ のコンパクトな天体を伴う双極的噴流または反転回転ディスクによって最もよく説明され、Hαデータが重要な証拠を提供した。
• Hα分光法は、H Iが検出されない領域（例：中心部）でも回転曲線を追跡でき、内側の運動を解明する上で相補的かつ優れた性能を示した。
• ビームスミアリング効果は、ビーム対スケール長比が8.5ですら顕著であり、中程度に解像された銀河ではビームスミアリングが無視できると仮定する考え方が疑わしいことが示された。