[论文解读] 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)|Apr 19, 2002

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 29被引用 10

一句话总结

本研究对NGC 3992星系群进行了高分辨率H i观测，重点关注其中三颗低表面亮度矮星系伴星（UGC 6923、UGC 6940、UGC 6969）。尽管最大旋转速度相似，UGC 6969由于主导的暗物质晕而表现出类似刚体旋转的上升特征，而UGC 6923因更高光度使其重子物质贡献增强。NFW-CDM模型适用于UGC 6923但不适用于UGC 6969，挑战了CDM晕在低表面亮度星系中的普适性。

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.

研究动机与目标

• 研究NGC 3992星系群中暗物质与发光物质的分布，特别是其矮星系伴星的情况。
• 检验NFW-CDM暗物质晕模型与低表面亮度星系观测旋转曲线的一致性。
• 解决NGC 3992在Tully-Fisher关系中出现的矛盾，即其亮度过低而旋转速度过高。
• 评估星系群距离或质量-光度比（M/L）是否可解释其在Tully-Fisher关系中的偏移。

提出的方法

• 利用Westerbork综合孔径射电望远镜（WSRT）进行高分辨率中性氢（H i）合成观测。
• 从H i数据立方体构建速度场，以推导UGC 6923、UGC 6940和UGC 6969的旋转曲线。
• 采用合理的I波段质量-光度比（M/L），将旋转曲线分解为发光物质与暗物质成分。
• 将NFW-CDM晕模型与观测旋转曲线进行对比，尤其针对UGC 6969进行检验。
• 应用Tully-Fisher关系，将NGC 3992的观测星等与基于旋转速度预测的星等进行比较。
• 评估距离和M/L比的影响，以解释NGC 3992在Tully-Fisher关系中的偏移。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何UGC 6969尽管与UGC 6923最大旋转速度相近，却表现出类似刚体的旋转曲线？
• RQ2 NFW-CDM暗晕模型是否与低表面亮度矮星系UGC 6969的旋转曲线一致？
• RQ3 NGC 3992在大熊座星协的Tully-Fisher关系中为何显得偏移0.43个星等？
• RQ4 若星系群位于大熊座星协之后，NGC 3992的观测M/L比是否仍能与星协整体趋势相容？
• RQ5 UGC 6923与UGC 6969暗物质晕质量相近，这对它们的形成历史有何启示？

主要发现

• UGC 6923与UGC 6969的最大旋转速度几乎相同，尽管其光度相差五倍。
• UGC 6969的旋转曲线比UGC 6923上升更陡（类似刚体），表明其内区主导着暗物质晕。
• 假设合理的I波段M/L比，旋转曲线分解显示三颗矮星系伴星的暗物质晕质量几乎相等。
• NFW-CDM Λ暗晕模型可拟合UGC 6923的旋转曲线，但无法再现UGC 6969的观测旋转曲线。
• 若NGC 3992的M/L比至少为星协典型螺旋星系的1.35倍，或星系群位于大熊座星协后方超过3 Mpc，则其在Tully-Fisher关系中偏移0.43个星等的现象可得到解释。
• 伴星的H i分布在光学边缘处突然终止，而NGC 3992则显示出微弱的径向H i延伸。