[논문 리뷰] Towards a consistent model of the Galaxy: I. kinematic properties, star counts and microlensing observations

D. Méra, G. Chabrier외 1명|arXiv (Cornell University)|1998. 01. 07.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 은하계 운동론 데이터, 항성 수 관측 및 은하수 부두와 LMC 방향의 중력 렌즈 조사 자료를 통합하여 일관된 은하계 모델을 수립한다. 그 결과, 백색왜성은 부두에서 총 질량의 ≤20% 기여를 하지만, 디스크의 백색왜성은 디스크 항성 질량의 최대 100%를 차지할 수 있으며, 헬로의 백색왜성은 무시할 만큼 작다. LMC 방향의 중력 렌즈 사건은 저질량 항성이나 백색왜성보다는 헬로의 백색왜성에 의해 가장 잘 설명된다.

ABSTRACT

We examine the most recent observational constraints arising from i) small-scale and large-scale Galactic dynamical properties, ii) star counts at faint magnitude and iii) microlensing experiments. From these constraints, we determine the halo and disk stellar mass functions and stellar content down to the bottom of the main sequence, which yields the normalization of the halo/disk total stellar population, and we infer the contributions of sub-stellar objects to the mass budget of the various Galactic regions. The consistent analysis of star counts and of the overall microlensing observations in the Bulge are compatible with a small contribution of brown dwarfs to the Galactic mass budget $\ ho_{BD}/\ ho_* \\leq 0.2 $. However the separate bulge/disk analysis based on the bulge clump giants is compatible with a substantial population of disk brown dwarfs, $\\Sigma_{BD}/\\Sigma_*\\leq 1 $. More statistics of microlensing events towards the Galactic center and a better determination of the velocity dispersions in the bulge should break this degeneracy of solutions. For the halo, we show that a steep mass-function in the dark halo is excluded and that low-mass stars and brown dwarfs represent a negligible fraction of the halo dark matter, and thus of the observed events towards the LMC. The nature of these events remains a puzzle and halo white dwarfs remain the least unlikely candidates.

연구 동기 및 목표

• 은하계 운동론, 항성 수, 중력 렌즈 조사로부터의 관측 제약 조건을 하나의 일관된 은하계 모델로 통합한다.
• 주계열의 저항성까지의 디스크 및 헬로에서의 항성 및 준항성 질량 함수를 규명한다.
• 다양한 은하계 구성 요소의 질량 예산에 대한 백색왜성 및 기타 준항성 물체의 기여도를 평가한다.
• 중력 렌즈 해석의 다중해석 문제를 중력 렌즈 광학적 두께, 속도 분산 및 항성 수 데이터를 조합함으로써 해결한다.
• 헬로의 백색왜성이 LMC 방향 중력 렌즈 사건의 주요 기여자로서의 가능성 여부를 평가한다.

제안 방법

• 미세한 척도와 광범위한 은하계 역학적 제약 조건을 희미한 등급의 항성 수 데이터와 결합하여 항성 집단을 모델링한다.
• 은하수 부두 및 LMC 방향 중력 렌즈 광학적 두께 및 사건 빈도 측정 자료를 활용하여 질량 함수를 제약한다.
• 저질량 항성과 백색왜성까지 확장된 항성 초기 질량 함수(IMF) 모델을 사용하며, 정규화는 항성 수 데이터로부터 유도한다.
• 부두 클럽 기니와 디스크 구성 요소를 별도로 분석하여 국소적 백색왜성 기여도를 평가한다.
• 부두에서의 속도 분산 측정 자료를 활용하여 중력 렌즈 사건 빈도 및 질량 함수 가정의 일관성을 검증한다.
• 예측된 중력 렌즈 광학적 두께와 관측된 값 간의 비교를 통해 다양한 어두운 물질 후보자—특히 백색왜성과 백색왜성—의 가능성 여부를 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 백색왜성은 은하수 부두, 디스크, 헬로의 총 질량 예산에 얼마나 기여하는가?
• RQ2 LMC 방향에서 관측된 중력 렌즈 광학적 두께는 헬로의 저질량 항성 또는 백색왜성에 의해 설명될 수 있는가?
• RQ3 운동론 데이터와 항성 수 분포는 디스크 및 헬로에서 항성 질량 함수의 정규화 및 형태를 어떻게 제약하는가?
• RQ4 중력 렌즈 결과와 항성 수 데이터 사이에 준항성 물체의 해결되지 않은 집단이 존재하는지 여부는 무엇인가?
• RQ5 부두에서의 속도 분산 측정 자료는 질량 함수 및 중력 렌즈 사건 빈도에 어떤 제약을 가하는가?

주요 결과

• 백색왜성이 은하수 부두의 총 질량에 기여하는 비율은 ρ_BD/ρ_* ≤ 0.2로 제약되며, 이는 소규모이지만 무시할 수 없는 역할을 함을 시사한다.
• 부두 클럽 기니에 대한 별도의 분석 결과, 디스크의 백색왜성이 디스크 항성 질량의 최대 100%까지 기여할 수 있으며, Σ_BD/Σ_* ≤ 1로 제약된다.
• LMC 방향 중력 렌즈 관측 결과는 헬로에 저질량 항성 또는 백색왜성의 다수 존재를 배제하며, 어두운 헬로에서의 급격한 질량 함수를 배제한다.
• 준항성 집단에 대한 제약 조건을 고려할 때, 헬로의 백색왜성이 LMC 방향 관측된 중력 렌즈 사건에 대해 가장 유력한 설명으로 남아 있다.
• 디스크와 부두의 백색왜성 기여도 간의 다중해석 문제는 여전히 해결되지 않았으며, 더 많은 중력 렌즈 통계 및 향상된 속도 분산 측정 자료가 필요하다.
• 항성 수, 운동론, 중력 렌즈 데이터의 총합 일관성은 백색왜성이 은하계 어둠의 물질의 주요 구성 요소가 아니라는 모델을 지지한다.