[論文レビュー] Not enough stellar Mass Machos in the Galactic Halo

T. Lasserre, C. Afonso|arXiv (Cornell University)|Feb 11, 2000

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、大マゼラン雲（LMC）に向けて実施されたEROS2実験の2年間分の微小レンズ効果データを、事前のEROS1およびEROS2の結果と組み合わせることで、銀河のハローにおける星間質量MACHOの上限を、これまでで最も厳しく設定した。1750万個の星をモニタリングした分析では、微小レンズ効果候補がわずか3例にとどまり、95%信頼区間で、太陽質量まで1M⊙のコンパクトな天体が銀河ハローの40%を超えて占めることは排除された。これは、星間質量MACHOが支配的である暗黒物質成分である可能性を効果的に排除するものである。

ABSTRACT

We combine new results from the search for microlensing towards the Large Magellanic Cloud (LMC) by EROS2 (Experience de Recherche d'Objets Sombres) with limits previously reported by EROS1 and EROS2 towards both Magellanic Clouds. The derived upper limit on the abundance of stellar mass MACHOs rules out such objects as an important component of the Galactic halo if their mass is smaller than 1 solar mass.

研究の動機と目的

• 大マゼラン雲（LMC）に向けて観測された微小レンズ効果事象を用いて、星間質量MACHOが銀河ハローを占める割合を制約すること。
• LMCおよび小マゼラン雲（SMC）の両方のEROS1およびEROS2データを統合することで、以前の微小レンズ効果の上限を改善すること。
• 10⁻⁷ M⊙から4 M⊙の質量をもつコンパクト天体が、銀河ハローの動的質量を説明できるかどうかを検証すること。
• 独立した解析プログラムによる相互検証を通じて、微小レンズ効果検出パイプラインの頑健性を評価すること。
• ブレンドや自己レンズ効果などの観測系の系が、MACHOの豊度に導かれる上限に与える影響を評価すること。

提案手法

• EROS2実験は、1996年から1998年までの2年間にわたり、66の1平方度の領域にわたる1750万個の星を、2つの広帯域フィルターを用いてモニタリングした。
• 多段階の光曲線解析を実施：まず、最も変動の激しい8%の光曲線を選別し、次に基準フレックスよりも高いまたは低い連続測定値の連続を特定することで、微小レンズ効果の兆候を検出する。
• 統計的有意性は、5つの連続した明るい測定値のグループにおける最小の信号対ノイズ比を要件とすることで、ランダムな揺らぎに対して頑健であることを保証した。
• バイアスを回避し、候補検出の信頼性を確保するために、独立したクロスバリデーション済みソフトウェアを用いた。
• 調査の全感度は、N* × T_obs × ε(t_E) の和として定量化され、これはMACHO共同研究の1997年分析の2.4倍にのぼった。
• 4つのEROSデータセット（EROS1 LMC、EROS2 LMC、EROS2 SMC、EROS1 SMC）の結果を統合し、ハロー質量分率の95%信頼区間上限を導出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 質量が1 M⊙までの星間質量MACHOが、銀河ハローの暗黒物質の有意な割合を占め得るか？
• RQ2 EROS2がLMCに向けて観測した微小レンズ効果の発生率は、標準的な球対称ハローモデルの予測と一致するか？
• RQ3 ブレンドや自己レンズ効果などの系が、MACHO豊度に導かれる上限に及ぼす影響はどの程度か？
• RQ4 MACHO共同研究の推奨されるハロー質量分率（f ≈ 0.5）とEROS2の上限との間に、統計的に有意な乖離があるか？
• RQ5 LMCデータのみの分析と比較して、SMCデータの追加が、低質量MACHOへの感度を向上させるか？

主な発見

• EROS2調査では、1750万個の星をモニタリングした結果、LMCに向けてわずか3例の微小レンズ効果候補が検出された。これは、0.5 M⊙の天体がハローを完全に占める場合に予想される27件のイベントよりも著しく少ない。
• 10⁻⁷ M⊙から4 M⊙の質量をもつコンパクト天体のハロー質量分率fの95%信頼区間上限は40%未満であり、これはこのような天体が支配的暗黒物質成分である可能性を効果的に排除するものである。
• 3例のLMC候補のみから導かれた上限（図2の実線）は、全質量範囲にわたってMACHOで完全に構成された標準的球対称ハローを排除する。
• 1例のSMC候補の追加（図2の破線）により感度はわずかに向上し、LMCデータが全感度の約60%を占めている。
• MACHO共同研究（1997a）が提示したf = 0.5、M = 0.5 M⊙の推奨されるMACHOハロー質量分率は、99.7%信頼区間でEROS2の上限と矛盾する。
• 2000年の更新版MACHO結果（f = 0.20）は、EROS2の上限と整合しており、排除の信頼性が確認された。