[論文レビュー] Towards a consistent model of the Galaxy: II. Derivation of the model

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

Geophysics and Gravity Measurements被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、星の分布数、微小レンズ効果、運動学的データという観測的制約を用いて、へきん銀河の質量モデルを2つ一貫性を持って導出する。標準モデルでは、最小限のバリオン性ディスクダークマターと非バリオン性ハローダークマターを想定するが、もう一つの非伝統的モデルでは、ダークマターが主にバリオン性であり、ディスクにブルー・ドワーフ、ハローにホワイト・ドワーフから成るという仮定を採用する。両モデルとも、近赤外および微小レンズ効果調査における検証可能な予測を提示する。

ABSTRACT

We use the calculations derived in a previous paper (Méra, Chabrier and Schaeffer, 1997), based on observational constraints arising from star counts, microlensing experiments and kinematic properties, to determine the amount of dark matter under the form of stellar and sub-stellar objects in the different parts of the Galaxy. This yields the derivation of different mass-models for the Galaxy. In the light of all the afore-mentioned constraints, we discuss two models that correspond to different conclusions about the nature and the location of the Galactic dark matter. In the first model there is a small amount of dark matter in the disk, and a large fraction of the dark matter in the halo is still undetected and likely to be non-baryonic. The second, less conventional model is consistent with entirely, or at least predominantly baryonic dark matter, under the form of brown dwarfs in the disk and white dwarfs in the dark halo. We derive observational predictions for these two models which should be verifiable by near future infrared and microlensing observations.

研究の動機と目的

• 複数の観測的制約を統合した、ヘキシン銀河の自己整合的質量モデルを構築すること。
• 銀河ディスクおよびハローにおけるダークマターの分布と性質を特定すること。
• ダークマターが、主に星の残骸や低質量天体の形でバリオン性である可能性を検証すること。
• 将来の赤外および微小レンズ効果観測における検証可能な予測を導出すること。
• 標準の非バリオン性候補とは異なる代替ダークマターモデルの妥当性を評価すること。

提案手法

• 星の分布数データ、微小レンズ効果の光学的深さ測定値、星族の運動学的性質という観測的制約を用いる。
• データに適合させるために、径方向および垂直方向構造を持つ球対称かつ軸対称の質量モデルを適用する。
• ブルー・ドワーフおよびホワイト・ドワーフの質量関数を組み込み、バリオン性ダークマター成分をモデル化する。
• 運動学的データと整合する重力ポテンシャルおよび円運動速度曲線を解く。
• モデルの予測を微小レンズ効果の光学的深さおよびイベントレートの期待値と比較する。
• 予測された表面密度および速度分散と観測値を比較することで、モデルの一貫性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 現在の観測的制約と整合する銀河ディスクおよびハローにおけるダークマターの分布は何か？
• RQ2 ブルー・ドワーフおよびホワイト・ドワーフの形をしたバリオン性ダークマターが、観測された微小レンズ効果および運動学的データを説明できるか？
• RQ3 低質量星の残骸を含めることで、ヘキシン銀河の質量モデルの一貫性はどのように変化するか？
• RQ4 近赤外および微小レンズ効果調査において、バリオン性ダークマターモデルの観測的シグネチャは何か？
• RQ5 データとの整合性という観点から、標準の非バリオン性ダークマター状況と比較して、本モデルはいかがな特徴を示すか？

主な発見

• 標準モデルでは、ハローに顕著な非バリオン性ダークマターが存在し、ディスクにおけるバリオン性寄与は最小限に抑えられる必要がある。
• バリオン性ダークマター（主にディスクにブルー・ドワーフ、ハローにホワイト・ドワーフ）を想定する非伝統的モデルでも、観測された微小レンズ効果の光学的深さおよび運動学的データを再現可能である。
• バリオン性モデルでは、銀河のバルジ方向における微小レンズ効果イベントレートが、標準モデルよりも高くなると予測される。
• 本モデルでは、ディスク内のブルー・ドワーフからの検出可能な近赤外放射が予測され、これからの調査で検証可能である。
• 両モデルとも、観測された局所的な円運動速度および星の速度分散と整合している。
• 本論文は、近い将来に微小レンズ効果イベントレートおよび赤外表面輝度という具体的な観測的テストを特定し、二つのモデルを区別可能にする。