[論文レビュー] An HI survey of the Centaurus and Sculptor Groups - Constraints on the space density of low mass galaxies

W. J. G. de Blok, M. A. Zwaan+3 more|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|Nov 13, 2001

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 25被引用数 27

ひとこと要約

本研究では、オーストラリア電波望遠鏡コンパクトアレイを用いて、セプトゥリス・アンドロメダ銀河群およびスカルプトゥルス銀河群における21cm H Iサーベイを実施し、H I質量が約3×10⁶ M☉にまで及ぶ高感度な観測を実現した。高い感度にもかかわらず、新たな低質量H I雲や銀河は検出されず、これは微弱なH I源の空間密度に強い制約を課し、冷たい暗黒物質の準位ハローが検出可能なH I豊富な衛星を宿さない可能性を支持するものである。

ABSTRACT

We present results of two 21-cm HI surveys performed with the Australia Telescope Compact Array in the nearby Centaurus A and Sculptor galaxy groups. These surveys are sensitive to compact HI clouds and galaxies with HI masses as low as 3E+06 Msun, and are therefore among the most sensitive extragalactic HI surveys to date. The surveys consist of sparsely spaced pointings that sample approximately 2% of the groups' area on the sky. We detected previously known group members, but we found no new HI clouds or galaxies down to the sensitivity limit of the surveys. If the HI mass function had a faint end slope of alpha = 1.5 below M_{HI} = 10^{7.5} Msun in these groups, we would have expected ~3 new objects. Cold dark matter theories of galaxy formation predict the existence of a large number low mass DM sub-halos that might appear as tiny satellites in galaxy groups. Our results support and extend similar conclusions derived from previous HI surveys that a HI rich population of these satellites does not exist.

研究の動機と目的

• 銀河群が数百もの低質量暗黒物質準位ハローを宿すという冷たい暗黒物質（CDM）の予測が、H I豊富な衛星として現れるかどうかを検証すること。
• 近傍銀河群に、ミルキーウェイの高速雲（HVCs）に類似した、コンパクトで高密度のH I雲が存在するかどうかを調査すること。
• 2つの明確に定義された近傍銀河群において、H I質量関数のふち部分を調査することで、低質量H I源の空間密度を制約すること。
• 高分解能・高感度の干渉計サーベイを用いた場合、低H I質量でコンパクトな対象がどれほど検出可能であるかを評価すること。

提案手法

• オーストラリア電波望遠鏡コンパクトアレイ（ATCA）を用いて、セプトゥリス・アンドロメダ群およびスカルプトゥルス群で深さのある21cm H Iサーベイを実施し、各群の天球面積のおよそ2％をカバーするように、間隔の広いポイントを用いた。
• H I質量の感度限界を約3×10⁶ M☉まで達成し、これまでにない高い感度の銀河間H Iサーベイの一つとなった。
• 高い空間分解能および速度分解能を用いて、単一望遠鏡サーベイではRFIやビームスメアリングのため見逃されがちな、狭くコンパクトなH Iプロファイルを検出する。
• 検出がなかったものと仮定して、Poisson統計を用いてH I雲の空間密度の95％信頼区間上限を計算した。
• Zwaan 2001年、アレイセボなど、過去のサーベイと比較することで、列密度および質量感度における感度差を評価した。
• 元データと平滑化されたデータキューブの両方を分析し、拡散的または拡張的なH I構造、特に銀河間HVC類縁物の検出可能性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 冷たい暗黒物質モデルが予測するように、10⁷.⁵ M☉未満の低質量H I雲が、セプトゥリス・アンドロメダ群およびスカルプトゥルス銀河群に存在するのか？
• RQ2 ミルキーウェイの高速雲（HVCs）に類似した、コンパクトで高密度のH I雲が、約1 Mpcスケールの銀河群全体に広がっているのか？
• RQ3 これらのサーベイが、近傍銀河群におけるH I質量関数のふち部分の勾配（α）にどのような制約を課すのか？
• RQ4 それらのH I質量が中性のまま保てるほど十分に多い場合を仮定しても、観測された虚無的検出結果は、低質量CDM準位ハローの予想される豊富さと整合するのか？
• RQ5 このATCAサーベイの感度限界は、過去のサーベイと比較して、低H I質量・コンパクトな対象を検出する上でどの程度優れているのか？

主な発見

• 約2％の群の天球面積をカバーしたにもかかわらず、H I質量感度限界が約3×10⁶ M☉にまで及ぶにもかかわらず、新たなH I雲や銀河は検出されなかった。
• 検出がなかったことから、10⁷.⁵ M☉未満でα = -1.5より急なH I質量関数が、これらの群で95％信頼区間で排除される。
• アレイセボサーベイより、速度幅が2、10、30 km s⁻¹のコンパクトなH I雲の空間密度に stricter な上限を課したが、これは高密度列（N_HI > 10²⁰ cm⁻²）の源に限る。
• 本サーベイの列密度感度（1.0×10²⁰ cm⁻²/10 km s⁻¹）は、過去のアレイセボサーベイ（1.0×10¹⁸ cm⁻²）より感度が低く、より広がったH I雲の検出能力に制限がある。
• 結果は、銀河間HVCが1 Mpcスケールで銀河群全体に広がっているとは限らないこと、それらはおそらくミルキーウェイのハローに限定されているという、以前の研究結果を支持する。
• 虚無的検出結果は、低質量CDM準位ハローが存在する場合、それらがガスが乏しいか、あるいは現在のサーベイの検出限界以下のH I質量である可能性を示唆している。