[論文レビュー] Dynamical Constraints on Disk Masses

J. A. Sellwood|arXiv (Cornell University)|Mar 11, 1999

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、ねじれ星系と非ねじれ星系の回転曲線を用いて、ディスク質量の寄与を制約し、星々のディスクが内側の銀河質量を支配しており、ほとんどの銀河のダークマターハローにコアが大きく、宇宙論的シミュレーションとは一致しないことを示している。ディスクの降着は初期ハローを圧縮してこのようなコアを生じさせ得るが、最大ディスクモデルは『ディスク-ハロー協同問題』を提起し、Tully-Fisher関係の第一パラメータ性とも矛盾する。

ABSTRACT

While the total interior mass of a galaxy is reasonably well determined by a good rotation curve, the relative contributions from disk, bulge and halo are only weakly constrained by one-dimensional data. Barred galaxies are intrinsically more complicated, but provide much tighter constraints on the disk masses and support the idea that most of the mass in the inner parts of bright galaxies is in their stars. There appears to be no systematic difference in dark matter content between barred and unbarred galaxies, consistent with the theoretical result that the global stability of galaxies with dense centers does not depend on their halo fraction. The rotation curve shapes of lower luminosity and low-surface-brightness galaxies, on the other hand, indicate significant mass in the DM halo even near their centers. We find that most DM halos appear to have large cores, inconsistent with the predictions from cosmological simulations. We also show that such large-core halos can result from compression by disk infall of physically reasonable initial halos. Maximum disks, while apparently required by the data, do seem to present some puzzles; most notably they re-open the old disk-halo ``conspiracy'' issue and incorrectly predict that surface brightness should be a second parameter in the Tully-Fisher relation.

研究の動機と目的

• 動的データを用いて、ディスク、バルジ、ハローが銀河質量予算に果たす相対的寄与を特定すること。
• ねじれ星系が非ねじれ星系よりもディスク質量に対してより厳しい制約を与えるかどうかを調査すること。
• 観測されたダークマターハロー構造が宇宙論的シミュレーションと整合するかどうかを評価すること。
• Tully-Fisher関係とディスク-ハロー協同問題に対する最大ディスクモデルの意味を評価すること。

提案手法

• ねじれ星系と非ねじれ星系の回転曲線を分析し、質量分布を推定する。
• ねじれ星系の動的安定性を用いて、ディスク質量分率を制約する。
• ディスクの降着によるハロー圧縮をモデル化し、ハロー内の大きなコア構造を説明する。
• 観測されたハローのコア半径を宇宙論的シミュレーションの予測と比較する。
• Tully-Fisher関係を用いて、最大ディスク仮定下で表面輝度が第二パラメータとして機能するかどうかをテストする。
• 異なるハロー分率下での中心部が密集した銀河の安定性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ねじれ星系は非ねじれ星系よりもディスク質量に対してより強い制約を与えるか？
• RQ2 ねじれ星系と非ねじれ星系の間で、ダークマター含量に系統的差異があるか？
• RQ3 銀河内の観測されたダークマターハローは大きなコアを持ち、宇宙論的シミュレーションの予測と整合するか？
• RQ4 ディスクの降着が初期ハローを圧縮して大きなコア構造を生じさせ得るか？
• RQ5 最大ディスクモデルはTully-Fisher関係に矛盾を引き起こすか？

主な発見

• ねじれ星系は、明るい銀河の大部分の内側質量が星々に由来することを示唆し、高いディスク質量分率を支持する。
• ねじれ星系と非ねじれ星系の間で、ダークマター含量に系統的差異は認められない。
• 大多数のダークマターハローは大きなコアを持つように見えるが、これは宇宙論的シミュレーションの予測とは矛盾する。
• このような大きなコアを持つハローは、物理的に妥当な初期ハロー分布がディスクの降着によって圧縮されることで生じうる。
• 最大ディスクモデルは観測データと整合するが、再び『ディスク-ハロー協同問題』を提起する。
• 最大ディスクモデルは、表面輝度がTully-Fisher関係において第二パラメータであるべきだと誤って予測する。