[論文レビュー] Massive elliptical galaxies at $z \sim 0.2$ are well described by stars and a Navarro-Frenk-White dark matter halo

Anowar J. Shajib, Tommaso Treu+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 26, 2020

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 12被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、ハッブル宇宙望遠鏡の画像と星の運動学的データを用いて、z ~ 0.2 の23個の巨大楕円銀河を分析し、そのダークマター・ハローが平均的な断熱収縮を示さないナウォロ・フレンク・ホワイト（NFW）プロファイルでよく記述されることを明らかにした。結果は、重い初期質量関数（例：サルペター型）を支持しており、活動銀河核（AGN）のフィードバックがダークマター・ハロー内のバリオン的収縮を相殺している可能性を示唆している。

ABSTRACT

We investigate the internal structure of elliptical galaxies at $z\sim 0.2$ from a joint lensing-dynamics analysis. We model Hubble Space Telescope images of a sample of 23 galaxy-galaxy lenses selected from the Sloan Lens ACS (SLACS) survey. Whereas the original SLACS analysis estimated the logarithmic slopes by combining the kinematics with the imaging data, we estimate the logarithmic slopes only from the imaging data. We find that the distribution of the lensing-only logarithmic slopes has a median $2.08\pm0.03$ and intrinsic scatter $0.13 \pm 0.02$, consistent with the original SLACS analysis. We combine the lensing constraints with the stellar kinematics and constrain the amount of adiabatic contraction in the dark matter (DM) halos. We find that the DM halos are well described by a standard Navarro-Frenk-White halo with no contraction on average for both of a constant stellar mass-to-light ratio ($M/L$) model and a stellar $M/L$ gradient model. For the $M/L$ gradient model, we find that most galaxies are consistent with no $M/L$ gradient. Comparison of our inferred stellar masses with those obtained from the stellar population synthesis method supports a heavy initial mass function (IMF) such as the Salpeter IMF. We discuss our results in the context of previous observations and simulations, and argue that our result is consistent with a scenario in which active galactic nuclei feedback counteracts the baryonic-cooling-driven contraction in the DM halos.

研究の動機と目的

• ハッブル宇宙望遠鏡の画像とSLACS調査からの星の運動学的データを組み合わせたレンズ効果と動力学的解析を用いて、z ~ 0.2 の巨大楕円銀河の内部構造を調査すること。
• これらの銀河のダークマター・ハローがバリオン過程による断熱収縮を示すかどうかを特定すること。
• 推定された星の質量と星の集団合成モデルおよび初期質量関数（IMF）の選択との整合性を評価すること。
• 活動銀河核（AGN）フィードバックがダークマター・ハローの収縮をどのように制御しているかを評価すること。

提案手法

• ハッブル宇宙望遠鏡の画像とSLACS調査からの星の運動学的データを統合したレンズ効果と動力学的解析。
• 運動学的仮定に依存しない、質量密度プロファイルの対数勾配を画像データからのみ推定すること。
• 断熱収縮を含む・含まない両方のナウォロ・フレンク・ホワイト（NFW）プロファイルを用いてダークマター・ハローをモデル化すること。
• 星の質量光度比が一定か半径方向に変化するかの2つの仮定の下で、レンズ効果のみのモデルとレンズ効果と運動学的データを組み合わせたモデルを比較すること。
• 星の集団合成モデルを用いて星の質量を推定し、推定された全質量との整合性を検証すること。
• 固有の散乱と中央値対数勾配の統計的分析により、モデルの頑健性と先行研究との整合性を評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 z ~ 0.2 の巨大楕円銀河は、ダークマター・ハローに断熱収縮を示すか？
• RQ2 ダークマター・ハローの構造は、収縮を伴わない標準的なナウォロ・フレンク・ホワイト（NFW）プロファイルで最もよく記述されるか？
• RQ3 推定された星の質量と合成モデルに基づく星の質量との整合性から、どのような初期質量関数が示唆されるか？
• RQ4 活動銀河核（AGN）フィードバックは、観測された収縮の欠如がダークマター・ハローに及ぼす影響は何か？
• RQ5 レンズ効果から導かれた対数勾配は、元のSLACS運動学的解析からのものと整合しているか？

主な発見

• レンズ効果のみの対数勾配の中央値は 2.08 ± 0.03、固有の散乱は 0.13 ± 0.02 であり、元のSLACS解析と整合的である。
• ダークマター・ハローは、一定および勾配付きの星の質量光度比モデルの両方で、平均的な断熱収縮を示さない標準的なナウォロ・フレンク・ホワイト（NFW）プロファイルでよく記述されている。
• 星の質量光度比の勾配モデルでは、大多数の銀河が質量光度比に半径方向の勾配がないことに一致している。
• 星の集団合成モデルと比較した場合、推定された星の質量は、重い初期質量関数（例：サルペター IMF）と整合的である。
• 観測された収縮の欠如は、活動銀河核（AGN）のフィードバックがバリオン的冷却駆動の収縮を相殺している証拠と解釈される。
• 一定および変動する星の質量光度比の仮定の両方で結果が頑健であり、ダークマター・ハローにネットでの収縮がないという結論を強化している。