[論文レビュー] High-resolution rotation curves of LSB galaxies: Mass Models

W. J. G. de Blok, Stacy McGaugh+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 19, 2001

Spectroscopy and Laser Applications参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、30個の低表面ねらい度（LSB）銀河の高分解能回転曲線を、疑似等温（コア主導）およびコールド・ダーク・マター（CDM、キャップ主導）ホールモデルを用いて分析した。その結果、NFW/CDMモデルに比べて疑似等温モデルが著しく優れた適合を示し、NFW適合には系統的なずれが生じ、説得力のない低い星間質量対光度比を要することが判明した。これは、LSB銀河における標準的CDMパラダイムに疑問を呈するものである。

ABSTRACT

We present mass models for a sample of 30 high-resolution rotation curves of low surface brightness (LSB) galaxies. We fit both pseudo-isothermal (core-dominated) and Cold Dark Matter (CDM) (cusp-dominated) halos for a wide variety of assumptions about the stellar mass-to-light ratio. We find that the pseudo-isothermal model provides superior fits. CDM fits show systematic deviations from the data, and often have a small statistical likelihood of being the appropriate model. The distribution of concentration parameters is too broad, and has too low a mean, to be explained by $Λ$CDM. This failing becomes more severe as increasing allowance is made for stellar mass: NFW fits require uncomfortably low mass-to-light ratios. In contrast, the maximum disk procedure does often succeed in predicting the inner shape of the rotation curves, but requires uncomfortably large stellar mass-to- light ratios. The data do admit reasonable stellar population mass-to-light ratios if halos have cores rather than cusps.

研究の動機と目的

• 標準的CDMモデル（NFWホールを伴う）が、低表面ねらい度（LSB）銀河における質量分布を正確に記述しているかどうかを検証すること。
• 疑似等温（コア主導）ホールが、LSB銀河の運動学的特性を説明するCDMモデルの代替として妥当かどうかを評価すること。
• さまざまなホール仮定のもとで、観測された回転曲線が星族の質量対光度比と整合するかどうかを特定すること。
• 最大ディスク仮説が、過度な高い星間質量対光度比を要せず、LSB銀河におけるタリー＝ファイザー関係を説明できるかどうかを調査すること。
• 以前の研究でLSB回転曲線に良好なNFW適合が得られたことについて、解像度の影響が要因であるかどうかを評価すること。

提案手法

• 30個のLSB銀河について、高分解能のH IおよびHα回転曲線を取得し、大半の半径にわたり正確な運動学的データを提供した。
• 疑似等温およびNFW（CDM）ホールプロファイルを用いた質量モデルを構築し、ホールの濃度および星間質量対光度比を自由パラメータとした。
• 星間質量対光度比（Υ*）の広い範囲を調査し、星族合成モデルから得られる値および最大ディスク仮定を含めた。
• χ²統計と視覚的検査を用いて、疑似等温モデルとNFWモデルの適合度を比較した。
• 回転曲線適合から得られた濃度パラメータ c = c200 を導出し、ΛCDMシミュレーションからの予測と比較した。
• 最大ディスク仮定のもとでタリー＝ファイザー関係の整合性をテストし、観測されたTF散らばりと整合させるために必要なΥ*を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NFW/CDMホールモデルは、LSB銀河の高分解能回転曲線をよく適合するか？
• RQ2 NFW適合から得られたホール濃度パラメータは、ΛCDMシミュレーションの予測とどう異なるか？
• RQ3 最大ディスク仮説は、物理的に不自然な高い星間質量対光度比を要せず、観測された回転曲線を説明できるか？
• RQ4 CDMの予測と観測データの乖離は、過去の研究で見られたビームスミアリングや解像度の制限に起因しているのか？
• RQ5 観測された回転曲線の形状は、一定密度コアを持つ疑似等温ホールと整合するか？

主な発見

• 疑似等温ホールモデルは、NFW/CDMモデルに比べて、LSB銀河の高分解能回転曲線に対して著しく優れた適合を示した。
• NFW適合は、特に内部領域で系統的なずれを示し、しばしば低い統計的尤度を持つ。
• NFW適合から得られた濃度パラメータ（c）の分布は、ΛCDM予測と一致せず、分散が大きく平均値が低すぎる。
• NFWモデルは、星族合成モデルと整合しないほど低い星間質量対光度比を要する。特に、より高い質量対光度比を許容する場合には顕著である。
• 最大ディスク仮定は、内部回転曲線の形状を再現できるが、星族合成モデルと整合しない極めて高い質量対光度比を要する。
• データは、コア主導ホールと星族由来の質量対光度比と整合するが、キャップ主導のCDMホールとは整合しない。