[論文レビュー] Mass Density Profiles of LSB Galaxies

W. J. G. de Blok, Stacy McGaugh+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 7, 2001

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 11

ひとこと要約

この論文は、高分解能回転曲線を用いて低表面輝度（LSB）銀河の質量密度プロファイルを導出し、浅い内部勾配（α ≈ −0.2 ± 0.2）を持つ支配的コア構造を同定した。これは、冷たい暗黒物質（CDM）シミュレーションで予測される急勾配ハロー（α ≈ −1.5）とは矛盾する。一部の銀河で観測される見かけの急勾配は、コアと外側ハローの間の遷移領域を空間分解能が制限された範囲でサンプリングしているためであり、真のコアではなく、実際の暗黒物質の急勾配とは無関係である。

ABSTRACT

We derive the mass density profiles of dark matter halos that are implied by high spatial resolution rotation curves of low surface brightness galaxies. We find that at small radii, the mass density distribution is dominated by a nearly constant density core with a core radius of a few kpc. For rho(r) ~ r^a, the distribution of inner slopes a is strongly peaked around a = -0.2. This is significantly shallower than the cuspy a < -1 halos found in CDM simulations. While the observed distribution of alpha does have a tail towards such extreme values, the derived value of alpha is found to depend on the spatial resolution of the rotation curves: a ~ -1 is found only for the least well resolved galaxies. Even for these galaxies, our data are also consistent with constant density cores (a = 0) of modest (~ 1 kpc) core radius, which can give the illusion of steep cusps when insufficiently resolved. Consequently, there is no clear evidence for a cuspy halo in any of the low surface brightness galaxies observed.

研究の動機と目的

• 高分解能回転曲線を用いて、LSB銀河の真の質量密度プロファイルを特定すること。
• 観測された回転曲線が、CDM予測の急勾配ハロー（α ≈ −1.5）かコア支配ハローかを検証すること。
• 分解能の制限やビームのぼかしが、観測データで急勾配プロファイルを模倣する可能性があるかどうかを調査すること。
• 観測された浅い内部勾配が物理的であるのか、データサンプリングや機器分解能の影響によるものかを評価すること。

提案手法

• 球対称性を仮定し、最小ディスク仮定（ディスク・ガス寄与を無視）を適用して、球対称質量密度式を逆算：$4\pi G\rho(r) = 2\frac{v}{r}\frac{\partial v}{\partial r} + \left(\frac{v}{r}\right)^2$。
• 暗黒物質支配のLSB銀河において有効であるとされる球対称性と最小ディスク仮定を採用。
• dBMR、MRdB、およびde Blok & Bosma（2001）の高分解能Hα/Hiハイブリッド回転曲線を用い、9個のLSB銀河を含む。
• 観測データの最内点が視界ディスク内（r_in ≲ 0.15 kpc）にある銀河と、それより大きなr_in（例：UMaサンプル）にある銀河を区別。
• ビームのぼかし効果をモデル化したが、約0.1"の分解能まで結果に影響を与えないことが判明。
• 観測されたα値を理論的プロファイル（疑似等温型：コア、NFW/CDM：急勾配）と比較。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LSB銀河の質量密度プロファイルは、CDMシミュレーションで予測される急勾配内部勾配（α ≈ −1.5）を示すか？
• RQ2 光学データにおける分解能の制限やビームのぼかしが、どのようにして急勾配の錯覚を生じさせるか？
• RQ3 観測された内部勾配分布（α）は、コア支配ハローか、急勾配ハローかと整合的か？
• RQ4 内側データ半径が大きい銀河（r_in）は、コア領域をサンプリングしているのか、それともコアと外側ハローの遷移領域をサンプリングしているのか？
• RQ5 観測された浅い勾配は、物理的コアによるものか、空間的サンプリングが不完全な結果によるものか？

主な発見

• 内部勾配αの分布は、α = −0.2 ± 0.2 に強く集中しており、コア支配の質量分布を示している。
• r_in ≲ 0.15 kpc の銀河は明確にコアの存在（α ≈ 0）を示すが、r_in が大きい銀河（例：UMaサンプルでr_in ≈ 1.5 kpc）は、遷移領域をサンプリングしているためより急勾配を示す。
• 一部の銀河で観測される見かけの急勾配（α ≈ −1）は、真のコアによるものではなく、コアからハローへの遷移領域を空間分解能が不十分にサンプリングしているためである。
• バルジ支配のLSB銀河（UGC 6614）においても、最小ディスク仮定のもとで導かれたα = −0.3 は、CDM予測より平坦なハローを示している。
• ビームのぼかし効果は浅い内部勾配を説明できない。勾配は約0.1"の分解能まで安定している。
• データはCDM予測（α = −1.5）と整合せず、数kmのコア半径を持つ疑似等温型ハローと整合的である。