[論文レビュー] Preliminary results on galactic dark matter from the complete EROS2 microlensing survey

P. Tisserand, A. Milsztajn|arXiv (Cornell University)|Jan 26, 2005

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、大マゼラン雲における完全な EROS2 マイクロレンズ調査の最終結果を提示する。6.7年間にわたり3300万顆の星を分析し、質量的・コンパクトなハロー対象物（MACHO）によって引き起こされる重力的マイクロレンズ効果を探索した。分析の結果、新たに4つの候補が得られたが、太陽質量の2×10⁻⁴から1の間のMACHOが銀河の暗黒物質に寄与する割合について95%信頼区間の上限は12%にとどまり、MACHOが主な暗黒物質成分である可能性は強く否定される。

ABSTRACT

The EROS-2 collaboration has conducted a survey of the Magellanic Clouds between July 1996 and February 2003 (6.7 years), in order to search for microlensing phenomena due to putative machos (massive astronomical compact halo objects). About 55 million stars were monitored over 100 deg^2, typically with 400 to 500 measurements per star, simultaneously in two wide passbands. The full EROS-2 Magellanic Cloud data set was processed using the same program chain, and a photometric database was constructed. The lightcurves of the brightest 33 million stars were then searched for the characteristic signature of microlensing phenomena, in the wide timescale range of 1 to 1000 days (corresponding to macho masses ranging from about 0.01 solar mass to a few hundred solar masses). The sensitivity of this new analysis is better by a factor 4. The new EROS-2 microlensing candidates towards the LMC and the corresponding (preliminary) final limits from EROS-2 on the macho content of the halo are presented; they are by far not numerous enough to account for the galactic dark matter. We have also followed, whenever possible, the microlensing candidates that were previously published by the EROS and MACHO collaborations. 1 MACHO and 2 EROS LMC candidates have shown subsequent variability and cannot be considered to be serious candidates.

研究の動機と目的

• 完全な EROS2 データセットを用いて、大マゼラン雲における重力的マイクロレンズ効果の探索を目的とする。
• マイクロレンズ検出を用いて、MACHOが銀河の暗黒物質をどの程度占めているかの上限を特定することを目的とする。
• 改良された photometry および分析手法を用いて、以前に発表されたマイクロレンズ候補を再評価することを目的とする。
• MACHO質量が0.0002〜100太陽質量の範囲で、EROS2調査の感度および検出効率を評価することを目的とする。
• 最終結果を以前の MACHO および EROS1 の結果と比較し、MACHOの存在割合に関する不一致を解消することを目的とする。

提案手法

• EROS2調査は、100平方度にわたる広帯域CCDモザイクを用いて、大マゼラン雲および小マゼラン雲の合計5500万顆の星を監視した。星1つあたり400〜500回の測光測定がなされた。
• 3300万顆の明るい星の光曲線を、1〜1000日間の時間スケールのマイクロレンズシグナルについて分析した。これは、MACHO質量が約0.01から数100太陽質量に相当する。
• 信号対雑音比のカット、点光源点レンズマイクロレンズモデルとの適合、およびブルー・バンパーおよび超新星などの物理的背景の除外を含む、段階的な選別プロセスを適用した。
• 超新星は、非対称なマイクロレンズ光曲線モデルと非対称性パラメータSを用いて除外した。|S| > 0.3 または明確に可視銀河に近い候補は除外された。
• 検出感度は、模擬マイクロレンズ光曲線を用いて計算され、感度のキャリブレーションおよび95%信頼水準での統計的上限の導出が可能になった。
• 生存候補からの光学的厚さを計算し、ハローにおけるMACHO寄与を推定した。最終的な上限は、LMCデータのみを用いて導出された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 完全な EROS2 調査に基づき、大マゼラン雲におけるMACHOの銀河的暗黒物質に占める割合の上限は何か？
• RQ2 EROSおよびMACHO調査で以前に発表されたマイクロレンズ候補は、改善されたデータおよび手法を用いた再分析の結果、依然として有効であるか？
• RQ3 EROS2調査のMACHO検出感度は、MACHOおよびEROS1といった以前の調査と比較してどの程度高いか？
• RQ4 観測されたマイクロレンズ候補の数はMACHOによって説明可能か、それとも他の天体物理学的背景を示唆しているか？
• RQ5 以前に報告された候補の再観測による変動はどのような意味を持ち、マイクロレンズ信号の解釈にどのように影響するか？

主な発見

• EROS2調査は、大マゼラン雲で新たに4つのマイクロレンズ候補を特定した。そのうち1つ（EROS2-LMC#8）は強い色変動を示し、300 pc離れた13.5等のM型矮星がレンズとなる可能性がある。
• 残りの3つの候補（EROS2-LMC#9〜#11）は信号対雑音比が低く、それぞれの源の明るさが約21等、時間スケールが35〜55日程度であると整合的である。
• 低信頼度の3つの候補からの光学的厚さは1.5 × 10⁻⁸であり、標準的な球対称ハロー光学的厚さの3%に相当する。
• MACHO質量が2×10⁻⁴〜1太陽質量の間である場合、ハローにおけるMACHO含有量の予備的な95%信頼水準の上限は12%未満である。
• 以前に発表されたすべての EROS および MACHO マイクロレンズ候補は、安定なマイクロレンズとは一致しなかった。1つの EROS1 候補および1つの EROS2 候補は6年以上経過後に新たな変動を示した。また、3つの EROS2 候補は非対称性（|S| > 0.3）により超新星と特定された。
• EROS2の解析感度は、前回の EROS2 LMC 結果と比較して4倍、MACHO調査と比較して2倍向上しており、これはより長いベースラインと洗練されたデータ処理によるものである。