[論文レビュー] Towards a consistent model of the Galaxy: I. kinematic properties, star counts and microlensing observations

D. Méra, G. Chabrier+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 7, 1998

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、銀河の運動学的データ、星数観測、および銀河のバルジおよびLMC向けの微小レンズ効果調査を統合することで一貫性のある銀河モデルを構築する。その結果、褐色矮星はバルジの全質量の≤20%を占めるが、ディスクの褐色矮星はディスク星の質量の最大100%を占める可能性があり、ハローの褐色矮星は無視できる程度である。LMC向けの微小レンズ効果イベントは、低質量星や褐色矮星ではなく、ハローの白色矮星によって最もよく説明される。

ABSTRACT

We examine the most recent observational constraints arising from i) small-scale and large-scale Galactic dynamical properties, ii) star counts at faint magnitude and iii) microlensing experiments. From these constraints, we determine the halo and disk stellar mass functions and stellar content down to the bottom of the main sequence, which yields the normalization of the halo/disk total stellar population, and we infer the contributions of sub-stellar objects to the mass budget of the various Galactic regions. The consistent analysis of star counts and of the overall microlensing observations in the Bulge are compatible with a small contribution of brown dwarfs to the Galactic mass budget $\ ho_{BD}/\ ho_* \\leq 0.2 $. However the separate bulge/disk analysis based on the bulge clump giants is compatible with a substantial population of disk brown dwarfs, $\\Sigma_{BD}/\\Sigma_*\\leq 1 $. More statistics of microlensing events towards the Galactic center and a better determination of the velocity dispersions in the bulge should break this degeneracy of solutions. For the halo, we show that a steep mass-function in the dark halo is excluded and that low-mass stars and brown dwarfs represent a negligible fraction of the halo dark matter, and thus of the observed events towards the LMC. The nature of these events remains a puzzle and halo white dwarfs remain the least unlikely candidates.

研究の動機と目的

• 銀河の運動学的観測、星数、微小レンズ効果調査の制約を統合し、ミルキーウェイの単一で一貫性のあるモデルを構築すること。
• 主系列の下限まで、ディスクおよびハローにおける星および準星体の質量関数を特定すること。
• さまざまな銀河的構成要素の質量予算に、褐色矮星およびその他の準星体が果たす寄与を評価すること。
• 微小レンズ効果の解釈における不確実性を、微小レンズ効果の光学的厚さと速度分散、星数データを組み合わせることで解消すること。
• ハローの白色矮星がLMC向け微小レンズ効果イベントの主な寄与要因である可能性を評価すること。

提案手法

• 微弱な明るさの星数データと、小規模および大規模な銀河動力学的制約を組み合わせ、星の集団をモデル化する。
• 銀河のバルジおよびLMC向けの微小レンズ効果の光学的厚さとイベント発生率の測定値を用い、質量関数を制約する。
• 低質量星および褐色矮星まで拡張された星の初期質量関数（IMF）モデルを用い、星数データから得られる正規化を適用する。
• バルジのクラスター巨星とディスク成分を別々に分析し、局所的な褐色矮星の寄与を評価する。
• バルジにおける速度分散の測定値を用い、微小レンズ効果イベント発生率と質量関数の仮定の整合性を検証する。
• 予測された微小レンズ効果の光学的厚さと観測値を比較することで、白色矮星や褐色矮星などのさまざまな暗黒物質候補の妥当性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 褐色矮星は、銀河のバルジ、ディスク、ハローにおける全質量予算にどの程度寄与しているか？
• RQ2 LMC向けに観測された微小レンズ効果の光学的厚さは、ハロー内の低質量星や褐色矮星によって説明可能か？
• RQ3 運動学的データと星数分布は、ディスクおよびハローにおける星の質量関数の正規化と形状をどの程度制約するか？
• RQ4 微小レンズ効果の結果と星数データの間に、未解決の準星体集団の存在を示唆する乖離は存在するか？
• RQ5 バルジにおける速度分散の測定値は、質量関数および微小レンズ効果イベント発生率にどのような制約を課すか？

主な発見

• 銀河のバルジにおける褐色矮星の全質量寄与は、ρ_BD/ρ_* ≤ 0.2 に制限され、わずかではあるが無視できない役割を果たしていることが示された。
• バルジのクラスター巨星の別個分析から、ディスクの褐色矮星はディスク星の質量の最大100%まで寄与可能であり、Σ_BD/Σ_* ≤ 1 であると示された。
• LMC向けの微小レンズ効果観測は、ハロー内に顕著な低質量星や褐色矮星の集団が存在するのと整合しない。これは、暗黒ハローにおける急峻な質量関数が否定されることを示唆する。
• 準星体集団の制約を踏まえると、ハローの白色矮星がLMC向けに観測された微小レンズ効果イベントを最もよく説明する可能性がある。
• ディスクとバルジにおける褐色矮星寄与の不確実性はまだ解消されておらず、より多くの微小レンズ統計と改善された速度分散測定が必要である。
• 星数、運動学、微小レンズ効果のデータの全体的な整合性は、褐色矮星が銀河の暗黒物質の主成分ではないというモデルを支持する。