[論文レビュー] POINT-AGAPE Pixel Lensing Survey of M31 : Evidence for a MACHO contribution to Galactic Halos

S. Calchi Novati, S. Paulin‐Henriksson+16 more|ArXiv.org|Apr 7, 2005

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 35被引用数 62

ひとこと要約

本研究では、M31に向かう3年間の重力レントゲン望遠鏡観測を用いて、ミルキーウェイ銀河およびM31の暗黒物質ハローにMACHO（質量的・天体的・コンパクトハロー物体）が寄与している証拠を提示する。POINT-AGAPE共同研究グループは、明るく短時間の微小レントゲン効果イベントを6件検出。そのうち5件は自己レントゲン効果のみでは説明できない。95%信頼水準で、M31の方向におけるハロー質量の少なくとも20%は、0.5–1 M⊙のMACHOに由来する必要があると判明。これは、銀河ハローに非可視なMACHO分率が存在することを支持する。

ABSTRACT

The POINT-AGAPE collaboration is carrying out a search for gravitational microlensing toward M31 to reveal galactic dark matter in the form of MACHOs (Massive Astrophysical Compact Halo Objects) in the halos of the Milky Way and M31. A high-threshold analysis of 3 years of data yields 6 bright, short--duration microlensing events, which are confronted to a simulation of the observations and the analysis. The observed signal is much larger than expected from self lensing alone and we conclude, at the 95% confidence level, that at least 20% of the halo mass in the direction of M31 must be in the form of MACHOs if their average mass lies in the range 0.5-1 M$_\odot$. This lower bound drops to 8% for MACHOs with masses $\sim 0.01$ M$_\odot$. In addition, we discuss a likely binary microlensing candidate with caustic crossing. Its location, some 32' away from the centre of M31, supports our conclusion that we are detecting a MACHO signal in the direction of M31.

研究の動機と目的

• 重力微小レントゲン効果を用いて、ミルキーウェイとM31の結合ハローにおけるMACHOとしての暗黒物質の割合を制限すること。
• 変動星や自己レントゲン効果イベントなどの背景汚染物質から真正の微小レントゲン効果イベントを区別すること。
• シミュレーションを用いて分析パイプラインの検出効率を評価し、観測信号の妥当性を保証すること。
• 観測された微小レントゲン効果イベントが、M31自身の星族からの自己レントゲン効果によって説明可能かどうか、あるいは外部ハロー成分を要するかを検証すること。

提案手法

• 明るく短時間の光度変動に注目し、イザヤク・ニュートン望遠鏡搭載のワイドフィールドカメラからの3年間の光度データに、高しきい値分析パイプラインを適用した。
• モンテカルロシミュレーションを用いて、自己レントゲン効果とMACHOレントゲン効果の期待されるイベントレートをモデル化し、星の質量関数とハローモデルを組み込んだ。
• 実際の画像上でのイベントシミュレーションを実施し、観測系のずれや選択効果を考慮したパイプラインの検出効率を評価した。
• 空間的分布解析を用いて、M31中心付近に集中する自己レントゲン効果イベントと、MACHOイベント（例：中心から22′離れた場所に1件、自己レントゲン効果の確率は無視できるほど小さい）を区別した。
• M31中心から約32′離れた場所に、カウスティック通過を伴う可能性の高い連星微小レントゲン効果イベントを特定。この領域では自己レントゲン効果の確率が極めて小さいため、MACHO起源である可能性が高まる。
• 観測イベントとシミュレートされた自己レントゲン効果予測との統計的比較を用い、ポisson統計を仮定して過剰なイベントの有意性を計算した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 M31方向への微小レントゲン効果イベントレートが、自己レントゲン効果のみで予想される値を著しく上回っており、銀河ハロー内のMACHO寄与を示唆しているか？
• RQ2 検出された微小レントゲン効果イベントの空間的分布は、M31の星族からの自己レントゲン効果で説明可能か、それとも外部ハロー集団の存在を要するか？
• RQ3 観測された微小レントゲン効果イベントと、シミュレーションに基づく期待値を踏まえると、ミルキーウェイとM31のハローにおけるMACHO分率の下限は何か？
• RQ4 変動星による汚染は信号にどの程度影響を与えるか？このような星が検出された光曲線と一致する可能性はあるか？
• RQ5 カウスティック通過を伴う連星レンズ候補が検出されたことは、M31方向におけるMACHO信号の解釈をさらに支持するか？

主な発見

• POINT-AGAPE調査では、M31方向への3年間のデータで、明るく短時間の微小レントゲン効果イベントを6件検出。そのうち5件は自己レントゲン効果の期待値と一致しない。
• 中心から22′離れた場所に位置するイベント（PA-99-N2）は、自己レントゲン効果の可能性が極めて低い。
• 自己レントゲン効果のみによるポアソン揺らぎで5件のイベントを観測する確率はわずか約0.01%であり、自己レントゲン効果を上回る顕著な過剰が示唆される。
• 95%信頼水準で、M31の方向におけるハロー質量の少なくとも20%は、0.5–1 M⊙のMACHOに由来する必要がある。標準的なM/L比を仮定した場合。
• 質量が約0.01 M⊙のMACHOでは、ハロー内分率の下限は8%に低下する。これは、低質量物体のほうが光学的厚さが高いため。
• M31中心から約32′離れた場所に、カウスティック通過を伴う可能性の高い連星微小レントゲン効果イベントが検出された。この領域では自己レントゲン効果の確率が無視できるほど小さいため、MACHO信号の強化が図られる。