[논문 리뷰] An HI survey of the Centaurus and Sculptor Groups - Constraints on the space density of low mass galaxies

W. J. G. de Blok, M. A. Zwaan외 3명|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|2001. 11. 13.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 25인용 수 27

한 줄 요약

이 연구는 호주 전파 간섭계를 이용하여 세타우루스-아니어 및 스크류포르 은하군에 대한 매우 민감한 21cm H I 조사 결과를 제시하며, H I 질량이 약 ~3×10⁶ M☉까지 감지되었다. 높은 감도에도 불구하고, 새로운 저질량 H I 구름이나 은하를 발견하지 못했으며, 이는 희미한 H I 소스의 공간 밀도에 대한 강력한 제약을 제공하고, 냉각된 어두운 물질 준-할로의 경우 H I가 풍부한 위성은 존재하지 않을 것임을 지지한다.

ABSTRACT

We present results of two 21-cm HI surveys performed with the Australia Telescope Compact Array in the nearby Centaurus A and Sculptor galaxy groups. These surveys are sensitive to compact HI clouds and galaxies with HI masses as low as 3E+06 Msun, and are therefore among the most sensitive extragalactic HI surveys to date. The surveys consist of sparsely spaced pointings that sample approximately 2% of the groups' area on the sky. We detected previously known group members, but we found no new HI clouds or galaxies down to the sensitivity limit of the surveys. If the HI mass function had a faint end slope of alpha = 1.5 below M_{HI} = 10^{7.5} Msun in these groups, we would have expected ~3 new objects. Cold dark matter theories of galaxy formation predict the existence of a large number low mass DM sub-halos that might appear as tiny satellites in galaxy groups. Our results support and extend similar conclusions derived from previous HI surveys that a HI rich population of these satellites does not exist.

연구 동기 및 목표

• 은하군이 수백 개의 저질량 어두운 물질 준-할로를 포함하고 있으며, 이는 H I가 풍부한 위성으로 나타날 수 있다는 냉각된 어두운 물질(CDM) 예측을 검증하기 위해.
• 근접한 은하군 내에서 밀도가 높고, 구조가 빠듯한 H I 구름—우리 은하의 고속 구름(HVCs)과 유사한 것—이 존재하는지 조사하기 위해.
• 두 개의 명확하고 근접한 은하군에서 H I 질량 함수의 희미한 꼬리 쪽을 탐색함으로써 저질량 H I 소스의 공간 밀도를 제약하기 위해.
• 고해상도·고감도 간섭계 조사로 인해 저H I질량·구조가 빠듯한 물체의 탐지 가능성 평가하기 위해.

제안 방법

• 세타우루스-아니어 및 스크류포르 군에서 호주 전파 간섭계(ATCA)를 이용해 깊은 21cm H I 조사를 수행하였으며, 각 군의 천구 영역 약 2%를 커버하기 위해 흐리게 산점된 관측점을 사용하였다.
• H I 질량 감도 한계가 약 ~3×10⁶ M☉에 도달하여, 현재까지 가장 민감한 외은하계 H I 조사 중 하나가 되었다.
• 높은 공간 해상도와 속도 해상도를 활용하여, 단일 안테나 조사에서 RFI나 빔 스메어링으로 인해 놓칠 수 있는 좁고 빠듯한 H I 프로파일을 탐지하였다.
• 검출이 없었다는 가정 하에, 포isson 통계를 사용하여 H I 구름의 공간 밀도에 대한 95% 신뢰도 상한선을 계산하였다.
• 이전 조사(예: Zwaan 2001, 아레카이보)와 비교하여 열화도 및 질량 감도의 감도 차이를 평가하였다.
• 원본 및 스무딩 처리된 데이터 큐브를 모두 분석하여, 희미하거나 확장된 H I 구조(예: 외은하계 HVC 유사체 포함)의 탐지 가능성 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 냉각된 어두운 물질 모델이 예측하는 것처럼, 10⁷.⁵ M☉ 이하의 저질량 H I 구름이 세타우루스-아니어 및 스크류포르 은하군 내에 존재하는가?
• RQ2 밀도가 높고, 구조가 빠듯한 H I 구름—우리 은하의 고속 구름(HVCs)과 유사한 것—은 약 1 Mpc 규모의 은하군 내에 분포되어 있는가?
• RQ3 이 조사가 주변 은하군에서 H I 질량 함수의 희미한 꼬리 기울기(α)에 대해 어떤 제약을 둔다?
• RQ4 만약 저질량 CDM 준-할로가 존재한다면, 그것들이 충분한 H I를 포함하여 중성 상태를 유지할 수 있다면, 관측된 null 검출 결과는 이들 준-할로의 예상 빈도와 어떻게 조화를 이룰 수 있는가?
• RQ5 이 ATCA 조사의 감도 한계는 이전 조사들에 비해 저H I질량·빠듯한 소스를 탐지하는 데 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• 약 2%의 군 천구 영역을 커버하였음에도 불구하고, H I 질량 감도 한계 ~3×10⁶ M☉까지 새로운 H I 구름이나 은하가 탐지되지 않았다.
• 검출이 없었기 때문에, 이 군들에서 10⁷.⁵ M☉ 이하의 H I 질량 함수의 희미한 꼬리 기울기가 α = -1.5보다 더 급격히 기울어져 있을 수 없다는 것이 95% 신뢰도 수준에서 배제된다.
• 이 조사는 이전 아레카이보 조사보다도, 속도 폭이 2, 10, 30 km s⁻¹인 빠듯한 H I 구름의 공간 밀도에 대해 더 엄격한 상한선을 제시하지만, 이는 고열화도 소스(N_HI > 10²⁰ cm⁻²)에 국한된다.
• 이 조사의 열화도 감도(1.0×10²⁰ cm⁻² per 10 km s⁻¹)는 이전 아레카이보 조사(1.0×10¹⁸ cm⁻²)보다 열화도 감도가 낮아, 더 희미한 H I 구름을 탐지하는 능력이 제한된다.
• 결과는 이전 연구들과 일치하여, 외은하계 HVC는 1 Mpc 규모의 은하군 전역에 분포되어 있지 않으며, 대부분 우리 은하의 할로 내에 국한되어 있을 가능성이 높다는 것을 지지한다.
• null 결과는 저질량 CDM 준-할로가 존재한다면, 그것들은 가스가 적거나 현재의 조사 감도 이하의 H I 질량을 가졌을 가능성이 있음을 암시한다.