[論文レビュー] Geometrical tests of cosmological models. II. Calibration of rotational widths and disc scaling relations

A. Saintonge, Karen L. Masters+4 more|ArXiv.org|Oct 3, 2007

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 32被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、近傍の渦巻銀河における回転幅およびディスクスケーリング関係をSFI++カタログを用いて校正し、高赤方偏移での幾何学的宇宙論的テストを可能にする。Hαおよび[OII]線幅の間には密接な相関関係が確認され（散乱~30 km s⁻¹）、傾き補正および減光補正を施したr₂₃.₅–v_rot関係は、Tully-Fisher関係や他のサイズ-速度関係よりも散乱が少なく、標準ロッド応用に最適であることが判明した。

ABSTRACT

This series of papers is dedicated to a new technique to select galaxies that can act as standard rods and standard candles in order to perform geometrical tests on large samples of high redshift galaxies to constrain different cosmological parameters. The goals of this paper are (1) to compare different rotation indicators in order to understand the relation between rotation velocities extracted from observations of the Halpha line and the [OII]3727 line, and (2) determine the scaling relations between physical size, surface brightness and magnitude of galaxies and their rotation velocity using the SFI++, a large catalog of nearby galaxies observed at I-band. A good correlation is observed between the rotation curve-derived velocities of the Halpha and [OII] observations, as well as between those calculated from velocity histograms, justifying the direct comparison of velocities measured from Halpha rotation curves in nearby galaxies and from [OII] line widths at higher redshifts. To provide calibration for the geometrical tests, we give expressions for the different scaling relations between properties of galaxies (size, surface brightness, magnitude) and their rotation speeds. Apart from the Tully-Fisher relation, we derive the size-rotation velocity and surface brightness-rotation velocity relations with unprecedentedly small scatters. We show how the best size-rotation velocity relation is derived when size is estimated not from disc scale lengths but from the isophotal diameter r23.5, once these have been corrected for inclination and extinction effects.

研究の動機と目的

• 宇宙論的研究における赤方偏移にわたるHαと[OII]線の回転速度指標の相互比較のための校正。
• 近傍銀河における物理的銀河特性（サイズ、表面輝度、等級）と回転速度との間のきついスケーリング関係の導出。
• サイズ-回転速度関係における散乱を最小限に抑える最適なサイズ推定子（r₂₃.₅）の特定。
• 進化のバイアスを含まない局所的校正を提供することで、高赤方偏移調査における標準ロッドおよび標準キャンドルの信頼できる選別を可能にする。
• 頑丈で低散乱のスケーリング関係を確立することで、角直径テストを含む大規模な幾何学的宇宙論モデルのテストを支援する。

提案手法

• SFI++カタログ（Iバンド光度測定およびHαまたはHI観測からの回転曲線データを有する、均質な近傍渦巻銀河のサンプル）を用いる。
• Hα回転曲線から得た回転速度と、[OII] λ3727 Å回転曲線および速度ヒストグラムから得た速度を比較する。
• 特に等光度径（r₂₃.₅、23.5 mag arcsec⁻²表面輝度等高線）の銀河サイズに対して、傾きおよび減光補正を適用する。
• ピアソン相関係数を用いてスケーリング関係の散乱を定量的に評価し、きつさと信頼性を評価する。
• Hαに基づく速度と[OII]に基づく幅の比較により、異なる回転速度指標の整合性を検証する。
• きつい統計的補正を用いて、r_d、r₈₃、r₅₀との比較において、r₂₃.₅–v_rot関係が最もきついことを導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 近傍の渦巻銀河において、Hαおよび[OII]発光線から測定された回転速度はどのように比較されるか？
• RQ2 r_d、r₈₃、r₅₀、r₂₃.₅のうち、どのサイズ推定子がr–v_rot関係において回転速度と最もきつい相関を示すか？
• RQ3 傾きおよび減光補正を施した後、r₂₃.₅–v_rot関係の散乱はどの程度か？
• RQ4 [OII]線幅は、高赤方偏移の宇宙論的テストにおいてHα回転速度の信頼できる代理指標として適切か？
• RQ5 導出されたスケーリング関係は、幾何学的宇宙論的テストにおける標準ロッドおよび標準キャンドルの選別にどのように寄与するか？

主な発見

• Hαおよび[OII]発光線から得た回転速度の間には強い相関関係が存在し、散乱は約30 km s⁻¹である。
• 速度ヒストグラムから得た回転速度は、Hα回転曲線と比較して約50 km s⁻¹の散乱を示しており、ヒストグラムベースの手法に系境的なバイアスがあることが示唆される。
• 傾きおよび減光補正を施したr₂₃.₅–v_rot関係は、テストされたすべてのサイズ推定子の中で最も散乱が少なく、Tully-Fisher関係と同等のきつさを示す。
• r_d、r₈₃、r₅₀に比べ、r₂₃.₅サイズ推定子はサイズ-速度関係の散乱を最小限に抑える点で優れており、宇宙論的標準ロッド応用に最適である。
• Hαと[OII]指標間の校正に散乱は見られるが、系統的オフセットは確認されず、両者の併用が低赤方偏移および高赤方偏移サンプルに適していることが支持される。
• 校正済みのr₂₃.₅–v_rot関係は、大規模な幾何学的宇宙論的テストにおける標準ロッド選別に、頑丈で低散乱の基盤を提供する。