[論文レビュー] Necessity of Dark Matter in Modified Newtonian Dynamics within Galactic Scales? - Testing the Covariant MOND in Elliptical Lenses

Mu‐Chen Chiu, Yong Tian+1 more|ArXiv.org|Dec 30, 2008

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、10個のCASTLESおよび22個のSLACSの楕円状レンズを用いて、強力な重力レンズ系における修正ニュートン動力学（TeVeS）の共変的相対論的版を検証する。結果として、ダークマターを仮定しなくても、MONDのみで全システムにおいてレンズデータをうまく説明でき、特にMOND補間関数の単純な形がレンズ質量と動的質量推定値の間で最も良好な一致を示した。

ABSTRACT

Modified Newtonian Dynamics (MOND) and its relativistic version - TeVeS offer us an alternative perspective to understand the universe without the demand of the elusive cold dark matter. This MONDian paradigm is not only competitive with the conventional CDM in a large range of scales, but also even more successful in the galactic scale. Recently, by studying 6 lensing systems, Ferreras et al. (2008) claimed that MOND still needs dark matter even in galactic scales. When we study the same systems, however, we yield an opposite conclusion. In this contribution, we report our result and conclude that MOND does not need dark matter in galactic lensing systems. Furthermore, we extend our study to 22 SLACS (Sloan Lens ACS Survey) lenses, and obtain the same conclusion as well, i.e., no dark matter is needed in elliptical galaxies.

研究の動機と目的

• 修正ニュートン動力学（MOND）が、ダークマターを仮定せずに楕円銀河における強力な重力レンズを説明できるかどうかを検証すること。
• フェラスら（2008年）が主張したように、銀河スケールのレンズにおいてもMONDは依然としてダークマターを必要とするという、矛盾する主張を解消すること。
• Bekenstein、単純、標準の3種類のMOND補間関数（μ=x/(1+x)、μ=x/√(1+x²)）が、レンズ質量および動的質量データにどの程度適合するかを評価すること。
• 元の6系統を超えて、SLACS調査から得た22個の追加レンズを含めることで、より広範な統計的妥当性を得るための分析を拡張すること。

提案手法

• レンズ質量モデルとしてHernquist質量モデルを用い、MONDフレームワーク内ではバリオン質量のみを仮定する。
• TeVeS相対論的理論を用いて、νHDM宇宙論的背景（Ωb=0.05, Ων=0.17, ΩΛ=0.78, h=0.7）における重力レンズをモデル化する。
• MOND補間関数として3種類の形を採用：Bekensteinの形式、単純な形μ=x/(1+x)、標準形μ=x/√(1+x²)。
• レンズ画像の位置とエインシュタイン半径から導かれるレンズ質量と、MONDにおけるM-σ関係を用いて推定される動的質量を比較する。
• SLACSサンプルを用いて結果を検証し、MONDから導かれたM-σ-Reff関係を用いて動的質量を推定する。
• 32個のレンズ系全体にわたり、レンズ質量と動的質量の統計的比較を行い、各補間関数の適合度を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 フェラスら（2008年）の主張とは対照的に、MONDのみでダークマターを仮定せず、楕円銀河における強力な重力レンズを説明できるか？
• RQ2 Bekenstein、単純、標準の3種類のMOND補間関数（μ=x/(1+x)、μ=x/√(1+x²)）の中で、観測されたレンズ質量と動的質量データに最も適合するのはどれか？
• RQ3 10個のCASTLESレンズの結果が、22個のSLACSレンズのより大きなサンプルに一般化可能か？
• RQ4 同じシステムにおいて、MONDフレームワークがレンズ測定と星の速度分散測定の両方に整合的か？
• RQ5 これらのレンズにおける中間的MOND領域では、μ(x)関数の選択が正確な質量モデリングにとって重要になるか？

主な発見

• 単純なMOND補間関数μ=x/(1+x)が、全32個のレンズ系においてレンズ質量と動的質量の間で最も良好な一致を示した。
• 22個のSLACSレンズにおいて、単純なμ(x)形式を用いたレンズ質量は、MONDにおけるM-σ関係から推定された動的質量とよく一致した。
• 10個のすべてのCASTLESレンズにおいて、単純な形式を用いたレンズから推定された全質量はバリオン質量と整合的であり、ダークマターの導入は不要であった。
• 本研究では、楕円銀河における強力なレンズを説明するためにダークマターが必要であるという証拠は得られず、フェラスら（2008年）の主張とは対立した。
• Bekenstein形式および標準形式のμ(x)は、動的推定値よりも系的に高いレンズ質量をもたらし、適合度が劣っていた。
• 本分析により、TeVeSと組み合わせたMONDが、ダークマターを仮定せずに銀河における強力なレンズをうまく記述できることを確認した。特に単純なμ(x)関数を用いる場合に顕著であった。