[論文レビュー] Critical take on "Mass models of disk galaxies from the DiskMass Survey in MOND"

Mordehai Milgrom|arXiv (Cornell University)|Nov 25, 2015

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、ディスク銀河における垂直速度分散プロファイルについて、MOND予測値と観測値の間にある顕著な乖離（MOND予測値が観測値より約30%大きい）が、統合ラインプロファイルに冷たい、若年性の高い星族が過剰に含まれるため、DiskMass調査で分散が系統的に低く見積もられている可能性に起因すると主張している。ミルキーウェイのデータを用いてこのバイアスを補正することで、乖離はほぼ1にまで縮小され、MOND予測と観測の完全な整合性が回復する。

ABSTRACT

Angus et al. (2015) have recently faulted MOND as follows: Studying thirty disc galaxies from the DiskMass survey, they derive the profiles of velocity dispersion perpendicular to the discs as predicted by MOND, $σ_M(r)$, and compare them with $σ(r)$, measured as part of the DiskMass project. This is a new test of MOND, different from rotation-curve analysis. A nontrivial accomplishment of MOND -- not discussed by Angus et al. -- is that the shapes of $σ_M$ and $σ$ agree very well, i.e, $η(r)\equivσ_M(r)/σ(r)$ is well consistent with being $r$-independent (while $σ$ and $σ_M$ are strongly $r$ dependent). The fault found with MOND was that $η$ is systematically above 1 (with an average of about 1.3). I have suggested to Angus et al. that the fault may lie with the DiskMass dispersions, which may well be too low for the purpose at hand: Being based on population-integrated line profiles, they may be overweighed by younger populations, known to have much smaller dispersions, and scale heights, than the older populations, which weigh more heavily on the light distributions. I discuss independent evidence that supports this view, and show, besides, that if the DiskMas dispersions are underestimates by only 25 %, on average, the MOND predictions are in full agreement with the data, in shape and magnitude. Now, Aniyan et al. (2015) have questioned the DiskMass $σ$ on the same basis. They show for the solar column in the Milky Way that: " Combining the (single) measured velocity dispersion of the total young + old disc population... with the scale height estimated for the older population would underestimate the disc surface density by a factor of $\sim 2.$" If this mismatch found for the Milky Way is typical, correcting for it would bring the measured DiskMass $σ(r)$ to a remarkable agreement with the predicted MOND $σ_M(r)$.

研究の動機と目的

• DiskMass調査によるディスク銀河における垂直速度分散プロファイルの、MOND予測値と観測値の間にある顕著な乖離を解明すること。
• Kバンド光度に寄与する主な古星族の分散を正確に反映していると仮定される、星族統合速度分散が、支配的で古星族の分散を的確に表しているという仮定に疑問を呈すること。
• DiskMassの分散測定に系統的誤差が存在する可能性が、MOND予測値と観測値の平均比η ≈ 1.3を説明できるかどうかを評価すること。
• 観測的制約を用いて、MONDモデリングの中心的仮定（例えば、rに依存しない星族質量光度比（ΥK）およびスケール高さ（hz））の妥当性を評価すること。
• 25–30%の上向き補正をDiskMassの分散に施すことで、MOND予測値と観測値の形状および大きさの両面で完全に一致させられることを示すこと。

提案手法

• 非相対論的MONDの形式であるQUMONDを用い、バリオン表面密度Σb(r)、スケール高さhz、および回転曲線フィッティングから得られた星族質量光度比ΥKから、予測される垂直速度分散プロファイルσM(r)を計算する。
• 非線形重力の影響を補正するため、MOND補正係数ζM(r) ≈ 1/μ(V²(r)/(r a₀))を適用する。ここでμは補間関数、a₀はMOND加速度定数である。
• MOND予測値σM(r)を、DiskMass調査からの観測値σ(r)と比較し、比η(r) = σM(r)/σ(r)を定量化する。
• Aniyanら（2015）のミルキーウェイのデータを用い、星族統合分散を、支配的で古星族の分散を代表するものに補正するための補正係数を推定する。
• hz（hz–hR相関を通じて）およびΥKの不確実性が予測されるσM(r)に与える影響を評価し、hzに約25%の散らばりがあることから、観測されるη(r)の散らばりに寄与していることに注目する。
• 直接の縁面銀河観測および色勾配研究と比較することで、rに依存しないΥKおよびhzの仮定の妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ、プロファイル形状の一致にもかかわらず、DiskMass調査ではη(r) = σM(r)/σ(r)が常に1より大きい（約30%）のか？
• RQ2 DiskMass調査における星族統合速度分散が、冷たい若年星族の過剰な含有により系統的に低く見積もられている可能性はないか？
• RQ3 ミルキーウェイに基づく推定値を用いてDiskMassの分散を補正することで、MOND予測との乖離はどの程度解消されるか？
• RQ4 仮定されたスケール高さhzおよび星族質量光度比ΥKの不確実性が、予測されるσM(r)および観測されるη(r)比にどのような影響を及えるか？
• RQ5 η(r)のrに依存しない性質は、rに依存しないΥKおよびhzの仮定と整合しているのか、それともより深い物理的整合性を示唆しているのか？

主な発見

• MOND予測値とDiskMass測定値との間の観測平均比η ≈ 1.3は、おそらくDiskMass調査における速度分散の系統的低減に起因している。
• Aniyanら（2015）は、ミルキーウェイにおける星族統合分散が真の分散を約30%低く見積もっていることを発見した。これは補正係数約1.4に相当し、観測されたη比と一致する。
• DiskMassの分散プロファイルに平均25%の上向き補正を施すことで、MOND予測値と観測値の両方（形状および大きさ）で完全に一致するようになる。
• η(r)のrに依存しない性質は、rに依存しないΥKおよびhzの仮定が概ね妥当であることを示唆しているが、実際には径方向変動の可能性も含めて。
• hz–hR相関による約25%のhzの散らばりは、観測されるη(r)の散らばりに大きく寄与しており、乖離の一部を説明している。
• MOND予測値が振幅がずれている間でさえも形状がよく一致していることから、理論の頑健性が裏付けられ、振幅の不一致は理論的失敗ではなく、観測バイアスによるものである可能性が高い。