[論文レビュー] Low-mass stars and star clusters in the dark Galactic halo

E. Kerins|ArXiv.org|Apr 17, 1997

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、ミクロレンズ効果を用いて検出されたダークマターが、はくちょう座銀河ホールの低質量星および星団によって説明可能かどうかを調査する。更新されたハッブル宇宙望遠鏡データ（51分野）と複数のホールドモデルを用いて、非凝集的低質量星は観測限界によって除外され、一方で団に基づくモデルは依然として妥当であることが判明した。これは、MACHO観測を説明するには、ホールド星の少なくとも95％が団に存在しなければならないことを示唆している。

ABSTRACT

In a previous study it was proposed that the Galactic dark matter being detected by gravitational microlensing experiments such as MACHO may reside in a population of dim halo globular clusters comprising mostly or entirely low-mass stars just above the hydrogen-burning limit. It was shown that, for the case of a standard isothermal halo, the scenario is consistent not only with MACHO observations but also with cluster dynamical constraints and number-count limits imposed by 20 Hubble Space Telescope (HST) fields. The present work extends the original study by considering the dependency of the results on halo model, and by increasing the sample of HST fields to 51 (including the Hubble Deep Field and Groth Strip fields). The model dependency of the results is tested using the same reference power-law halo models employed by the MACHO team. For the unclustered scenario HST counts imply a model-dependent halo fraction of at most 0.5-1.1% (95% confidence), well below the inferred MACHO fraction. For the cluster scenario all the halo models permit a range of cluster masses and radii to satisfy HST, MACHO and dynamical constraints. Whilst the strong HST limits on the unclustered scenario imply that at least 95% of halo stars must reside in clusters at present, this limit is weakened if the stars which have escaped from clusters retain a degree of clumpiness in their distribution.

研究の動機と目的

• ミクロレンズ実験（例：MACHO）によって検出されたダークマターが、はくちょう座銀河ホール内の低質量星および星団によって説明可能かどうかを検証すること。
• 51のハッブル宇宙望遠鏡分野からの観測制約（数密度および動的限界を含む）と、そのようなシナリオが整合しているかどうかを評価すること。
• 特にMACHO共同研究が用いた等温およびべき乗則プロファイルを比較することで、結果が異なるホールド密度モデルにどれほど依存するかを評価すること。
• 非凝集的低質量星が観測されたミクロレンズイベントを説明できるのか、あるいは観測限界を満たすために凝集が必要なのかを特定すること。

提案手法

• 本研究は、ハッブル深宇宙領域やグロス・ストリップなどの深宇宙領域を含む51のハッブル宇宙望遠鏡分野を用い、微弱星の数密度を測定する。
• 理論的予測として、べき乗則および等温プロファイルを用いたホールドモデルを適用し、検出可能な低質量星および団の期待数を予測する。
• ミクロレンズ光学的厚さおよびイベント率の理論的予測をMACHO観測と比較し、低質量星に占めるダークマターの割合を制約する。
• 団の速度分散および生存時間スケールからの動的制約を組み込み、団ベースのダークマターのシナリオの妥当性を検証する。
• MACHOチームが使用した同じホールドモデルを用いることで、制約のモデル依存性をテストし、観測ベンチマークと整合性を保つ。
• 95％信頼区間での統計的限界を導出し、ホールド内における非凝集的低質量星の最大許容割合を特定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ハッブル宇宙望遠鏡の数密度制限を考慮した場合、はくちょう座銀河ホール内の非凝集的低質量星がMACHOが観測したミクロレンズイベントを説明できるか？
• RQ2 非凝集的低質量星がはくちょう座銀河ホールダークマターのどの程度を説明できるか。また、その割合は仮定されたホールド密度モデルに依存するか？
• RQ3 低質量星からなる星団が、さまざまなホールドモデルにおいてミクロレンズ観測およびHST数密度制約の両方に整合するか？
• RQ4 団から脱出した星の存在が、非凝集星に対する観測限界の解釈にどのように影響するか？
• RQ5 ミクロレンズ、HST、および動的制約を同時に満たすために必要な団の性質（質量、半径）は何か？

主な発見

• 非凝集的シナリオはHSTデータによって強く制約されており、95％信頼区間でホールド内に許容される最大割合は0.5–1.1％にとどまり、MACHOが推定したダークマター割合とは著しく異なる。
• 団ベースのシナリオでは、テストされたすべてのホールドモデルが、ミクロレンズ、HST、および動的制約を満たす団質量および半径の妥当な組み合わせを許容する。
• 結果から、MACHO観測を説明するには、均一な非凝集分布を仮定した場合、ホールド星の少なくとも95％が現在団に存在している必要があると示唆される。
• 脱出星が一部の塊体性を保っている場合、制約は弱まるため、観測されたダークマター信号が、束縛された団と、散らかった塊体的残渣の組み合わせによるものである可能性がある。
• 本研究は、団の生存可能性およびホールドモデルの選択が許容パラメータ空間に顕著に影響することを確認したが、団シナリオはさまざまなモデルにおいても安定である。