[論文レビュー] Local-Group tests of dark-matter Concordance Cosmology: Towards a new paradigm for structure formation

Pavel Kroupa, Benoît Famaey+8 more|arXiv (Cornell University)|Jun 8, 2010

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 215被引用数 143

ひとこと要約

この論文は、局所銀河団内のミルキーウェイの衛星に関する観測と、一致するコスモロジー的モデル（CCM）の予測との間で、5つの主要な不一致を特定することで、CCMに挑戦している。著者らは、ダークマターの小さなハローではなく、散逸的銀河合体の際に形成された潮汐矮星銀河（TDG）が、観測された衛星分布、位相空間相関、質量-光度関係を説明すると提案している。これは、非ニュートン的弱場枠組み（例：MOND）におけるCDMの代替的で一貫性のある説明である。

ABSTRACT

(abridged) Predictions of the Concordance Cosmological Model (CCM) of the structures in the environment of large spiral galaxies are compared with observed properties of Local Group galaxies. Five new most probably irreconcilable problems are uncovered. However, the Local Group properties provide hints that may lead to a solution of the above problems The DoS and bulge--satellite correlation suggest that dissipational events forming bulges are related to the processes forming phase-space correlated satellite populations. Such events are well known to occur since in galaxy encounters energy and angular momentum are expelled in the form of tidal tails, which can fragment to form populations of tidal-dwarf galaxies (TDGs) and associated star clusters. If Local Group satellite galaxies are to be interpreted as TDGs then the sub-structure predictions of CCM are internally in conflict. All findings thus suggest that the CCM does not account for the Local Group observations and that therefore existing as well as new viable alternatives have to be further explored. These are discussed and natural solutions for the above problems emerge.

研究の動機と目的

• 局所銀河団銀河の観測的性質と、一致するコスモロジー的モデル（CCM）の予測を照らし合わせること。
• CCMの予測と、ミルキーウェイ系における衛星分布、質量関数、相関関係との間の不一致を特定すること。
• 散逸的銀河合体で形成された潮汐矮星銀河（TDG）が、観測された衛星の形状および位相空間相関を説明できるかどうかを検討すること。
• MONDのような非ニュートン的弱場力学フレームワークが、CDMモデルよりも一貫性のある説明を提供できるかどうかを評価すること。

提案手法

• ミルキーウェイ衛星のダークマター質量-光度関係に関するCCMの予測と、観測データを比較する。
• CCMシミュレーションにおける明るい準ハローの質量関数を分析し、観測されたミルキーウェイ衛星の質量と比較する。
• ミルキーウェイおよび他の銀河におけるバルジ質量と衛星数の相関を検討し、CCMの予測を検証する。
• 24個のミルキーウェイ衛星（11個の古典的衛星＋13個の超微弱衛星）の空間的および運動的整合性を調査し、衛星の円盤構造（DoS）を同定する。
• CCMフレームワーク内での、2つのミルキーウェイ型ダークマターハローがミルキーウェイに類似した銀河を宿す可能性を評価する。
• 純バリオン銀河合体によってTDGが生成され、相関のある衛星集団が形成される、修正された構造形成シナリオを提唱する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜCCMの予測では一貫した関係が要求されるにもかかわらず、ミルキーウェイ衛星の観測では質量-光度関係が観測されないのか？
• RQ2 なぜCCMは、300 pc以内に約10^7 M⊙の低質量ダークマター準ハローが過剰に予測されるが、そのような準ハローは明るい衛星集団では観測されないのか？
• RQ3 なぜバルジ質量と明るい衛星数との間に強い相関が観測されるのか？これはCCMが再現できないが、散逸的合体イベントとの動的関連を示唆している。
• RQ4 なぜ24個のミルキーウェイ衛星（古典的および超微弱）が位相空間で一貫した円盤構造（DoS）を形成するのか？これはCCMの等方的予測と矛盾する。
• RQ5 なぜCCMフレームワーク内では、2つのミルキーウェイ型ハローがミルキーウェイに類似した銀河を宿すことは極めて不確実とされるのか？そして、この問題はどのように解決できるか？

主な発見

• ミルキーウェイ衛星の観測では、一貫した質量-光度関係が観測されないが、これはCCMの予測と矛盾する。CCMはこのような関係を必要としている。
• CCMは、ミルキーウェイ衛星の300 pc以内に、約10^7 M⊙の低質量ダークマター準ハローが過剰に予測するが、そのような準ハローは明るい衛星集団では観測されない。
• バルジ質量と明るい衛星数との間に強い相関が観測されるが、これはCCMが予測できない。この相関は、散逸的合体イベントとの動的関連を示唆している。
• 24個のミルキーウェイ衛星（11個の古典的衛星＋13個の超微弱衛星）は、位相空間で一貫した衛星の円盤構造（DoS）を形成しており、これはCCMの等方的予測と矛盾する空間的および運動的相関を示している。
• CCMフレームワーク内では、2つのミルキーウェイ型ダークマターハローがミルキーウェイに類似した銀河を宿す可能性は極めて低い。これは、モデルの統計的予測に根本的な問題があることを示唆している。
• 観測された衛星の性質は、散逸的銀河合体の際に形成された潮汐矮星銀河（TDG）であると仮定すれば、自然に説明できる。TDGは相関のある衛星集団を生成でき、位相空間の一貫性を説明できる。