[논문 리뷰] Investigations of the Local Supercluster Velocity Field II. A study using Tolman-Bondi solution and galaxies with accurate distances from the Cepheid PL-relation

T. Ekholm, P. Lanoix외 3명|arXiv (Cornell University)|1999. 10. 21.

Gamma-ray bursts and supernovae인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 Cepheid 기반 거리 측정치를 사용한 32개의 은하와 에인슈타인-데 시터 우주에서 구형 대칭 밀도 초과에 대한 톨먼-본디(TB) 해를 적용하여 국부 슈퍼클러스터의 역학적 구조를 조사한다. TB 질량 추정치는 베타 수성단에서 1.62배의 비탈리 질량과 일치하며, 이는 이전 연구와 일관되며, TB 추정치가 비탈리 추정치를 초과할 수 있음을 확인한다. 이는 채택된 허블 상수의 값과는 무관하다.

ABSTRACT

A sample of 32 galaxies with accurate distance moduli from the Cepheid PL-relation (Lanoix 1999) has been used to study the dynamical behaviour of the Local (Virgo) supercluster. We used analytical Tolman-Bondi (TB) solutions for a spherically symmetric density excess embedded in the Einstein-deSitter universe (q_0=0.5). Using 12 galaxies within Theta=30 degr from the centre we found a mass estimate of 1.62M_virial for the Virgo cluster. This agrees with the finding of Teerikorpi et al. (1992} that TB-estimate may be larger than virial mass estimate from Tully & Shaya (1984). Our conclusions do not critically depend on our primary choice of the global H_0=57 km/s/Mpc established from SNe Ia (Lanoix 1999). The remaining galaxies outside Virgo region do not disagree with this value. Finally, we also found a TB-solution with the H_0 and q_0 cited yielding exactly one virial mass for the Virgo cluster.

연구 동기 및 목표

• Cepheid 주기-광도 관계를 통한 정확한 거리 측정치를 사용하여 베타 수성단의 역학적 질량을 평가하기 위해.
• 국부 슈퍼클러스터의 관측된 은하 속도와 톨먼-본디 해가 일관된지를 테스트하기 위해.
• 구형 대칭이고 비균일한 우주 모델의 맥락에서 톨먼-본디 질량 추정치가 비탈리 질량 추정치를 초과하는지 평가하기 위해.
• 가정된 허블 상수의 변화에 대해 질량 추정치의 강인성(robustness)을 결정하기 위해.

제안 방법

• q₀ = 0.5인 에인슈타인-데 시터 우주에서 밀도 초과의 구형 대칭 중력 붕괴를 모델링하기 위해 분석적 톨먼-본디(TB) 해를 적용한다.
• Cepheid 주기-광도(PL) 관계로부터 유도된 정확한 거리 모듈러스를 가진 32개의 은하를 사용하여 속도장을 제약한다.
• 베타 수성단 중심으로부터 30° 이내의 12개의 은하를 선별하여 TB 질량 추정치를 계산한다.
• 동일한 샘플을 사용하여 Tully & Shaya(1984)의 비탈리 질량 추정치와 TB에서 유도된 질량을 비교한다.
• 전역 기준 값으로 Type Ia 초신성으로부터 유도된 H₀ = 57 km/s/Mpc를 사용한다.
• 동일한 H₀ 및 q₀ 값에서 베타 수성단의 질량이 정확히 하나의 비탈리 질량이 되는 TB 해를 조사한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 정확한 Cepheid 거리 측정치를 사용한 은하에 대해 적용된 톨먼-본디 모델이, 비탈리 질량 추정치와 일치하는 베타 수성단의 질량 추정치를 도출하는가?
• RQ2 특히 H₀가 SNe Ia로부터 유도된 57 km/s/Mpc로 설정되었을 때, TB 질량 추정치는 허블 상수의 선택에 얼마나 민감한가?
• RQ3 동일한 천체역학적 조건에서 베타 수성단의 질량이 정확히 하나의 비탈리 질량이 되는 TB 해를 구성할 수 있는가?
• RQ4 베타 수성단 영역 외부의 은하들은 채택된 H₀ 값인 57 km/s/Mpc와 일치하지 않는 속도 편이를 보이는가?
• RQ5 이 역학 모델에서 TB 질량 추정치가 비탈리 질량 추정치를 초과하는 것이 의미하는 바는 무엇인가?

주요 결과

• 베타 수성단에 대한 톨먼-본디 질량 추정치는 비탈리 질량의 1.62배로, 두 방법 간에 상당한 괴리가 있음을 시사한다.
• 이 결과는 Teerikorpi 등(1992)의 이전 연구와 일치하며, TB 추정치가 비탈리 추정치를 초과할 수 있음을 확인한다.
• 남은 은하들이 이 값과 일관되므로, TB 질량 추정치는 H₀ = 57 km/s/Mpc의 선택에 크게 의존하지 않으며 강인하다.
• H₀ = 57 km/s/Mpc 및 q₀ = 0.5를 사용할 때, 정확히 하나의 비탈리 질량을 도출하는 TB 해를 발견하였다.
• 이 연구는 특정 매개변수 조건에서 TB 모델이 비탈리 질량을 재현할 수 있음을 확인하여 내부 일관성을 입증한다.
• Cepheid 기반 거리 측정치의 사용은 속도장 모델링의 신뢰도를 향상시키며, 이 맥락에서 TB 해의 타당성을 뒷받침한다.