[論文レビュー] Dynamics of the NGC 4636 Globular Cluster System - An extremely dark matter dominated galaxy?

Y. Schuberth, T. Richtler+5 more|ArXiv.org|Apr 13, 2006

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 65被引用数 30

ひとこと要約

本研究では、チリのVLT FORS2分光計を用いたスペクトロスコピーを用いて、NGC 4636の球状星団系の動的解析を初めて実施し、174個の星団の視線速度を測定した。青い星団は30 kpcまで一定の速度分散（~200 km s⁻¹）を示すが、赤い星団は約3′で速度分散が~170 km s⁻¹に低下する。これは、1つの有効半径内でのダークマター割合が20–30%であることを示し、極端なダークマター支配とは一致しない。

ABSTRACT

We present the first dynamical study of the globular cluster system of NGC 4636. This giant elliptical galaxy is claimed to be extremely dark matter dominated, according to X-ray observations. Using the VLT with FORS2/MXU, we obtained velocities for 174 globular clusters. The clusters have projected galactocentric distances in the range 4 to 70 kpc, the overwhelming majority lie within 30 kpc. We find some indication for a rotation of the red (metal-rich) clusters about the minor axis. Out to a radius of 30 kpc, we find a roughly constant projected velocity dispersion for the blue clusters of ~200 km/s. The red clusters exhibit a distinctly different behavior: at a radius of about 13 kpc, the velocity dispersion drops by ~50 km/s to about 170 km/s which then remains constant out to a radius of 30 kpc. Using only the blue clusters as dynamical tracers, we perform Jeans-analyses for different assumptions of the orbital anisotropy. Depending on the anisotropy and the adopted M/L-values, we find that the dark matter fraction within one effective radius can vary between 20% and 50% with most a probable range between 20% and 30%. A main source of uncertainty is the ambiguity of the velocity dispersion in the outermost bin. Although the dark halo mass still cannot be strongly constrained, NGC 4636 does not seem to be extremely dark matter dominated. The derived circular velocities are also consistent with Modified Newtonian Dynamics.

研究の動機と目的

• 球状星団を動的 tracerとして用いて、NGC 4636のダークマター含量を調査すること。
• 以前のX線観測が示唆するように、NGC 4636が極端にダークマター支配的であるかどうかを評価すること。
• さまざまな軌道非等方性とM/L比を用いて、ジェイムズ方程式を用いて銀河の質量分布をモデル化すること。
• 標準的なダークマターモデル（NFWホール）と修正ニュートン動力学（MOND）の両者との整合性をテストすること。
• 外側の最も外縁の半径領域における不確実性が、質量モデルに与える影響を特定すること。

提案手法

• チリのVLTにおけるFOR2/MXUを用いて、174個の球状星団の中分解能分光計を取得した。
• 銀河中心からの投影半径が4〜70 kpc（0.5–9 Rₑ）の星団の視線速度を測定した。
• 球対称な Jeans モデリングを適用し、観測された速度分散を質量分布に関連づけた。等方的または非等方的軌道を仮定した。
• 濃度と軌道非等方性（β = –0.5 から 0.5）を変化させたNFW型のダークマターホールをテストした。
• Famaey & Binneyの補間関数を用いて、修正ニュートン動力学（MOND）との整合性を検討した。
• Kronawitterら（6.8）とLoewensteinら（4.3）の星の質量対光度比（M/L）を用いて、光度質量寄与を制約した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 球状星団運動論に基づいて、NGC 4636の1つの有効半径内でのダークマター割合はどの程度か？
• RQ2 青いと赤い球状星団の速度分散にはどのような違いがあり、質量分布にどのような示唆があるか？
• RQ3 観測された質量プロファイルはNFW型ダークマターホールと整合的か、それともMONDのような代替重力理論を支持するか？
• RQ4 最も外縁の半径領域における不確実性が、導かれたダークマター含量にどの程度影響を及えるか？
• RQ5 動的質量プロファイルは、X線観測から推定された高いダークマター割合と矛盾するか？

主な発見

• 青い球状星団系は、30 kpcまでほぼ一定の投影速度分散（~200 km s⁻¹）を示す。
• 赤い球状星団系は、半径約3′で速度分散が~220 km s⁻¹から~170 km s⁻¹に低下しており、これは数密度プロファイルの急激な傾きの増加による可能性が高い。
• β = –0.5 および M/L_R = 6.8 を用いた Jeans モデリングにより、1つの有効半径内でのダークマター割合は約27%となり、妥当な範囲は20–30%である。
• M/L_R = 4.3 で低い場合、必要なダークマター割合は最大76%にまで上昇するが、外側のbinの不確実性のため強く制約されていない。
• 導かれた質量プロファイルは、NFW型ダークマターホールと修正ニュートン動力学（MOND）の両者と整合的であるが、深いつまりのMOND領域は半径カバー範囲外にある。
• データは、以前のX線研究が主張する極端なダークマター支配を支持せず、特にX線領域が力学的平衡状態でない可能性があるためである。