[論文レビュー] Kinematics of the local universe IX. The Perseus-Pisces supercluster and the Tolman-Bondi model

M. O. Hanski, G. Theureau+2 more|ArXiv.org|Sep 6, 2001

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 38被引用数 13

ひとこと要約

本研究では、KLUN調査の運動論的データを用いて、ペルセウス＝ピサス超銀河団にTolman-Bondi (TB) モデルを適用し、質量および宇宙論的パラメータを推定する。低速の局所群の流入速度（<100 km s⁻¹）およびTBモデルと整合する特異速度が、中程度の宇宙論的密度パラメータ Ω₀ = 0.2–0.4 を支持する。これは、滑らかにされた密度場および半径方向平均速度を用いる場合、非球形構造に対してもTBモデルの適用が可能であることを裏付ける。

ABSTRACT

We study the mass distribution and the infall pattern of the Perseus-Pisces (PP) supercluster. First we calculate the mass of the central part of PP, a sphere with a radius of 15/h Mpc centered at (l,b)=(140.2°,-22.0°), d=50/h Mpc, using the virial and other estimators. We get M_{PP} = 4 -- 7 /h 10^{15} M_{sun}, giving mass-to-light ratio 200 -- 600 h M_{sun} / L_{sun}, and overdensity δ\approx 4. The radially averaged smoothed density distribution around the PP is inputted to the Tolman-Bondi (TB) equations, calculated for different cosmologies: Ω_0 = [0.1,1], Ω_Λ = 1-Ω_0 or 0. As a result we get the infall velocities towards the PP center. Comparing the TB results to the peculiar velocities measured for the Kinematics of the Local Universe (KLUN) Tully-Fisher data set we get the best fit for the conditions Ω_0 = 0.2 -- 0.4 and v_{inf} &lt; 100 km/s for the Local Group infall towards the center of PP. The applicability of the TB method in a complex environment, such as PP, is tested on an N-body simulation.

研究の動機と目的

• 非球形でフィラメント状のペルセウス＝ピサス超銀河団に対してTolman-Bondi (TB) モデルの適用可能性を検証すること。
• TBモデリングと観測された特異速度を用いて、宇宙論的密度パラメータ Ω₀ および局所群が超銀河団に向かう流入速度を制約すること。
• クラスタ観測から得られるバイアル質量推定値および質量光度比が、TBモデルで予測される質量と整合するかを評価すること。
• N体シミュレーションを用いて、複雑な環境下におけるTBモデルの妥当性を評価すること。
• 初期の運動論的研究と最近のPOTENT解析との間に生じる、局所群のペルセウス＝ピサス超銀河団への流入速度に関する矛盾を解消すること。

提案手法

• ペルセウス＝ピサス超銀河団で最も密度が高い領域（l,b）=（140.2°, -22.0°）を原点とする球対称な質量分布にTBモデルを適用し、半径15 h⁻¹ Mpcを想定する。
• 4つの主要なクラスタに対してバイアル類似推定式を適用し、中心領域の質量を制約し、M_PP = 4–7 h⁻¹×10¹⁵ M☉ を得る。
• 滑らかにされたIRAS銀河密度場をTBモデルの入力とし、観測された速度と一致させるためにバイアス係数 b_IRAS ≈ 0.5 を適用する。
• KLUNの特異速度はTully-Fisher関係および正規化距離法から導出され、局所群のペルセウス＝ピサス超銀河団への流入を補正する。
• TBで予測された径方向速度場と観測されたKLUNデータを比較し、Ω₀ および Ω_Λ を自由パラメータとして扱う。
• N体シミュレーションを用いて、複雑で非球形なクラスタの径方向平均速度場が、滑らかにされた条件下でTB予測と一致するかを検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 滑らかにされた密度場および平均化された速度場を用いる場合、非球形なペルセウス＝ピサス超銀河団の周囲の特異速度場をTolman-Bondiモデルが正確に記述できるか？
• RQ2 TB予測とKLUNデータの比較から、局所群がペルセウス＝ピサス超銀河団に向かう流入速度にどのような制約が得られるか？
• RQ3 TBモデリングとクラスタのバイアル質量推定値の両方に整合する宇宙論的密度パラメータ Ω₀ の範囲は何か？
• RQ4 ペルセウス＝ピサス超銀河団内のクラスタの質量光度比が Ω₀ の推定値にどのように影響を及ぼし、大規模な質量密度にどのような意味を持つのか？
• RQ5 球面シェルに沿って平均化された場合、Tolman-Bondiモデルがフィラメント状の複雑な構造に対してもどれほど有効に保たれるか？

主な発見

• ペルセウス＝ピサス超銀河団への局所群の流入速度は v_inf < 100 km s⁻¹ に制約され、最近のPOTENT解析と整合するが、以前の推定値（約350 km s⁻¹）とは矛盾する。
• IRAS密度場にバイアス係数 b_IRAS ≈ 0.5 を適用した場合、TBモデルはKLUNの特異速度データに良好に適合する。これは、滑らかにされた密度場が大規模な質量分布を適切に捉えていることを示唆する。
• 宇宙論的密度パラメータは Ω₀ = 0.2–0.4 に制約され、極端な値（Ω₀ = 0.1 または 1）は質量および速度の制約によって不適切とされる。
• 宇宙定数（Ω_Λ = 0 または 1−Ω₀）の存在は結果に顕著な影響を及ぼさず、成長中の構造における流入速度は Λ に対して弱く依存する。
• 主要クラスタのバイアル質量推定値から得られる M/L 比は 200–600 h M☉/L☉ であり、これが宇宙全体の代表的値と仮定すると Ω₀ = 0.1–0.3 となる。
• N体シミュレーションにより、大質量クラスタの周囲の径方向平均速度場がTBモデルでよく記述されることを確認し、滑らかにされた大規模な力学的挙動にTBモデルを適用する妥当性が裏付けられた。