[論文レビュー] SEARCH FOR VERY LOW MASS OBJECTS IN THE GALACTIC HALO

EROS collaboration, É. Aubourg+27 more|arXiv (Cornell University)|Mar 5, 1995

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 8

ひとこと要約

本研究では、大マゼラン雲の星の重力レンズ効果を用いて、銀河のハローに非常に低質量の物体が存在するかを調査している。10か月間にわたり82,000個の星を分析したEROS共同研究グループは、増幅率が1.2を超える顕著な重力レンズ効果イベントを検出できず、質量が5×10⁻⁸ M☉から5×10⁻⁴ M☉の範囲にあるハロー物体が支配的である可能性を排除した。

ABSTRACT

We present results from a search for gravitational microlensing of stars in the Large Magellanic Cloud by low mass objects in the Galactic Halo. The search uses the CCD light curves of about 82,000 stars with up to 46 measurements per night over a period of 10 months. No light curve exhibits a form that is consistent with a microlensing event of maximum amplification greater than 1.2. This null result makes it unlikely that the Halo is dominated by objects in the mass range $5 10^{-8}M_{\odot} < M <5 10^{-4}M_{\odot} $. keywords{Galaxy : Halo, kinematics and dynamics, stellar content -- Cosmology : dark matter, gravitational lensing}

研究の動機と目的

• 銀河のハローが、5×10⁻⁸ M☉ < M < 5×10⁻⁴ M☉ の非常に低質量の物体（ダークマター候補）によって支配されているかどうかを検証すること。
• 大マゼラン雲の星の重力レンズ効果を通じて、こうした物体の存在を調査すること。
• 高頻度の光度測定を用いて、ハロー内のダークマター候補の質量関数を制約すること。
• これらの低質量物体が観測されたハローの質量対光度比を説明できるかどうかを特定すること。

提案手法

• 1日あたり最大46回の観測を伴うCCD光度測定を用いて、大マゼラン雲の82,000個の星をモニタリングすること。
• 10か月のベースラインにわたり光曲線を測定し、重力レンズ効果に特徴的な一時的な明るさの増加を検出すること。
• 厳密な選別基準を適用：最大増幅率が1.2を超えるイベントのみ、重力レンズ効果とみなした。
• こうしたイベントが検出されなかったことから、低質量ハロー物体の光学的厚さと質量関数に対する上限を設定すること。
• 統計的解析を用いて、指定された質量範囲内のハロー質量の割合に対する制約を導出すること。
• 観測された光曲線分布を理論的重力レンズ効果の光曲線モデルと比較し、潜在的な候補を同定すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河のハローは、質量が5×10⁻⁸ M☉から5×10⁻⁴ M☉の範囲にある非常に低質量の物体で占められているか？
• RQ2 大マゼラン雲の星の重力レンズ効果は、こうした低質量ダークマター候補を検出できるか？
• RQ3 この質量範囲内のハロー質量の割合の上限は何か？
• RQ4 観測された光曲線には、低質量物体と整合する統計的に顕著な重力レンズ効果イベントが存在するか？
• RQ5 否定的結果は、ハロー内のダークマターの質量関数にどのような制約を課えるか？

主な発見

• 82,000個のLMCの星の光曲線において、最大増幅率が1.2を超える重力レンズ効果イベントは検出されなかった。
• こうしたイベントの不在は、銀河のハローが5×10⁻⁸ M☉から5×10⁻⁴ M☉の質量の物体によって支配されている可能性が低いことを示している。
• この質量範囲における重力レンズ効果の光学的厚さは非常に低く抑えられており、ハローのダークマターに寄与する可能性は無視できるほど小さい。
• 否定的検出のおかげで、この質量範囲内のハロー質量の割合の上限は顕著に低下した。
• この低質量範囲のMACHO（質量的コンパクトハロー物体）が支配的ダークマター成分を占めているという仮説は、否定された。
• 本研究は、銀河ハロー内のダークマター候補の質量関数に対して強く制約を課し、指定された質量窓内に支配的かつ多数の存在が不可能であると除外した。