[論文レビュー] Vertical distribution of Galactic disk stars : II. The surface mass density in the Galactic plane

A. Siebert, O. Bienaymé+1 more|ArXiv.org|Nov 14, 2002

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 24被引用数 43

ひとこと要約

本研究は、北銀極方向の赤クラスター星および局所のHipparcos類縁星の高分解能分光観測を用いて、銀河ディスクの垂直方向重力ポテンシャルと表面質量密度を決定する。本研究では、ディスク質量のスケールヘイトの最初の直接的動力学的測定を行い、390$^{+330}_{-120}$ pcを得た。太陽半径における全表面質量密度は67 M$_{ackprime}$ pc$^{-2}$であり、星間物質およびガス成分と整合的であり、厚いダークホールディスクを排除する。

ABSTRACT

High resolution spectra data of red clump stars towards the NGP have been obtained with the high resolution spectrograph Elodie at OHP for Tycho-2 selected stars. Combined with Hipparcos local analogues, we determine both the gravitational force law perpendicaular to the Galactic plane, and the total surface mass density and thickness of the Galactic disk. The surface mass density of the Galactic disk within 800 pc derived from this analysis is Sigma(|z|<800pc)=76 Msol.pc-2 and, removing the dark halo contribution, the total disk mass density is Sigma0=67 Msol.pc-2 at solar radius. The thickness of the total disk mass distribution is dynamicaly measured for the first time and is found to be 390pc in relative agreement with the old stellar disk scale height. All dynamical evidences concerning the structure of the disk (its local volume density -i.e. the Oort limit-, its surface density and its thickness) are compatible with our knowledge of the corresponding stellar disk properties.

研究の動機と目的

• 星の運動学を用いて、銀河ディスクの垂直方向重力力則と表面質量密度を決定すること。
• 本研究では、初めて全ディスク質量分布の厚さを動力学的に測定すること。
• ダークホールの寄与を除いた後、局所ディスクの表面質量密度を制約すること。
• 動力学的パラメータと既知の星間ディスク特性（例：スケールヘイト、体積密度）との整合性を検証すること。
• 遠方および局所の星のサンプルを組み合わせることで、オールト限界の推定値を改善し、「Kz問題」を解消すること。

提案手法

• OHPのELODIE装置を用いた、北銀極方向の赤クラスター巨星の高分解能分光観測。
• 距離および速度の校正を改善するため、色および絶対等級が類似した局所のHipparcos星のサンプルと組み合わせる。
• Hipparcos星のライブラリとのスペクトル比較を用いて、大気パラメータおよび絶対等級をTGMET法で導出する。
• 局所のHipparcosサブサンプルに対して、距離不確実性を補正するため、修正されたLutz-Kelkerバイアス補正を適用する。
• 異なるz高さにおいて、複数ゾーンモデルを用いて垂直ポテンシャルΦ(z)および垂直力Kzをフィッティングする。
• 垂直力則および星の分布関数から、表面質量密度Σおよび質量スケールヘイトDを導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河平面から800 pc以内の銀河ディスクの表面質量密度はいかほどか？
• RQ2 全ディスク質量分布の動力学的測定による厚さはどの程度か？
• RQ3 導出された表面質量密度は、以前の推定値および既知の星間・ガス成分とどのように比較されるか？
• RQ4 200–500 pcの範囲で、垂直力則が単一の指数型ディスクモデルと整合的か？
• RQ5 観測された回転曲線は、丸いダークホールと動的に測定された質量スケールヘイトを持つディスクで説明可能か？

主な発見

• 平面から800 pc以内の銀河ディスクの表面質量密度は、Σ(|z| < 800 pc) = 76 M$_{\backprime}$ pc$^{-2}$ であり、可視物質およびダークホールの寄与を含む。
• ダークホールの寄与を除いた後、太陽半径における全ディスク表面質量密度はΣ₀ = 67 M$_{\backprime}$ pc$^{-2}$ である。
• ディスク質量スケールヘイトの最初の直接的動力学的測定により、D = 390$^{+330}_{-120}$ pcが得られ、古星ディスクのスケールヘイトと整合的である。
• 導出された質量スケールヘイトは、星数カウントからの独立的推定（例：Chen et al. 2001, Ojha et al. 1996）と一致し、200–500 pc範囲で350 pcの指数型ディスクモデルを支持する。
• 局所の体積質量密度および表面質量密度は、現在の星間およびガス成分の知識と整合的であり、丸いダークホールを伴う平坦な回転曲線の説明を支持する。
• Σ₀の95%信頼区間上限は114 M$_{\backprime}$ pc$^{-2}$ であり、これは最大ディスク限界（約100 M$_{\backprime}$ pc$^{-2}$）未満であり、厚いダークマター・ディスクの存在を排除する。