[논문 리뷰] Dark and luminous matter in the NGC 3992 group of galaxies, II. The dwarf companions UGC 6923, UGC 6940, UGC 6969, and the Tully-Fisher relation

Roelof Bottema|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|2002. 04. 19.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 29인용 수 10

한 줄 요약

이 연구는 NGC 3992 군집의 고해상도 H i 관측을 제시하며, 저표면 밝기 저항성 왜소은하 3개(UGC 6923, UGC 6940, UGC 6969)에 초점을 맞춘다. 유사한 최대 회전 속도를 보이지만, UGC 6969는 암흑 물질 허브가 지배하는 것으로 보아 고체체처럼 회전하는 경향을 보이며, UGC 6923의 더 높은 빛의 밝기는 바리온 성분의 기여를 증가시킨다. NFW-CDM 모형은 UGC 6923에는 잘 맞지만 UGC 6969에는 실패하여, 저표면 밝기 은하에서 CDM 허브의 일반성에 의문을 제기한다.

ABSTRACT

Detailed neutral hydrogen observations have been obtained of the large barred spiral galaxy NGC 3992 and its three small companion spiral galaxies, UGC 6923, UGC 6940, and UGC 6969. Contrary to the large galaxy, for the companions the HI distribution ends quite abruptly at the optical edges. Velocity fields have been constructed from which rotation curves have been derived. Assuming a reasonable M/L ratio, a decomposition of these rotation curves generates nearly equal dark matter halos. When comparing the position-velocity diagrams of the two brightest galaxies, UGC 6923 and UGC 6969, it is obvious that the rotation curve of the latter has a shape closer to solid body than the former, yet the same maximum rotational level is reached. This is likely generated by the equal dark matter halos in combination with UGC 6923 being a factor five more luminous than UGC 6969 and so its luminous matter gives a higher contribution to the rotation in the inner regions. An NFW-CDMLambda dark halo is consistent with the observed rotation curve of UGC 6923 but not consistent with the rotation curve of UGC 6969. If the NGC 3992 group is part of the Ursa Major cluster, then the I-band M/L ratio of NGC 3992 has to be at least 1.35 times as large as that of the average spiral galaxy in the cluster. On the other hand, equal M/L ratios can be achieved when the NGC 3992 group is placed more than 3 Mpc behind the cluster. Both possibilities can explain why NGC 3992 appears to be 0.43 magnitudes too faint for its rotation.

연구 동기 및 목표

• NGC 3992 군집 내 암흑 물질과 빛나는 물질의 분포를 조사하며, 특히 그 왜소은하 동반성에 중점을 둔다.
• 관측된 회전곡선과 일치하는지 NFW-CDM 암흑 물질 허브의 일관성을 저표면 밝기 은하에 대해 검증한다.
• NGC 3992에서 관측된 회전 속도에 비해 너무 어두운 Tully-Fisher 관계의 모순을 해결한다.
• 군집의 거리 또는 M/L 비율이 Tully-Fisher 관계에서 NGC 3992의 이격 원인을 설명할 수 있는지 평가한다.

제안 방법

• 웨스터보르 합성 전파망원경(WSRT)을 사용하여 고해상도 중성수소(H i) 합성 관측을 수행하였다.
• H i 데이터 큐브에서 속도장을 구성하여 UGC 6923, UGC 6940, UGC 6969의 회전곡선을 유도하였다.
• 합리적인 I-대역 질량-광도(M/L) 비율을 가정하여 회전곡선을 빛나는 물질과 암흑 물질 성분으로 분해하였다.
• 특히 UGC 6969에 대해 관측된 회전곡선과 NFW-CDM 허브 모형을 비교하여 검증하였다.
• Tully-Fisher 관계를 적용하여 NGC 3992의 관측된 등급과 그 회전 속도에 기반한 예측 등급을 비교하였다.
• 거리와 M/L 비율의 영향을 평가하여 NGC 3992의 Tully-Fisher 관계에서의 이격 원인을 설명하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 UGC 6969는 UGC 6923과 유사한 최대 회전 속도를 보이지만, 왜 고체체처럼 회전하는가?
• RQ2 NFW-CDM 암흑 허브 모형은 저표면 밝기 왜소은하인 UGC 6969의 회전곡선과 일치하는가?
• RQ3 왜 NGC 3992는 우라우스 마조르 군집의 Tully-Fisher 관계에서 0.43 등급 어두운 편이 되는가?
• RQ4 만약 군집이 우라우스 마조르 군집 뒤에 위치한다면, NGC 3992의 관측된 M/L 비율이 군집 전체 추세와 조화를 이룰 수 있는가?
• RQ5 UGC 6923과 UGC 6969의 암흑 물질 허브 질량이 유사한 데서 유래하는 것은 그들의 형성 역사를 어떻게 시사하는가?

주요 결과

• UGC 6923과 UGC 6969는 빛의 밝기가 5배의 차이가 나도 거의 동일한 최대 회전 속도를 가진다.
• UGC 6969의 회전곡선은 UGC 6923보다 더 급격하게 상승(고체체처럼)하여 내부 영역에서 암흑 물질 허브가 지배적임을 시사한다.
• 합리적인 I-대역 M/L 비율을 가정할 경우, 세 왜소은하 동반성의 암흑 물질 허브 질량이 거의 동일하게 도출된다.
• NFW-CDM Λ 허브 모형은 UGC 6923의 회전곡선에는 잘 맞지만, UGC 6969의 관측된 회전곡선을 재현하지 못한다.
• NGC 3992의 Tully-Fisher 관계에서 0.43 등급 어두운 편이 되는 것은, 그의 M/L 비율이 군집 나머지 나선은하 평균보다 최소 1.35배 높거나, 군집이 우라우스 마조르 군집으로부터 3 Mpc 이상 더 멀리 떨어져 있을 경우에 설명될 수 있다.
• 동반성의 H i 분포는 광학적 가장자리에서 갑작스럽게 끝나지만, NGC 3992는 희미한 반경 방향 H i 연장선을 보인다.