[論文レビュー] Dark galaxies, spin bias and gravitational lenses

Raúl Jiménez, Alan Heavens+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 5, 1997

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、低表面密度・高スピンのダークマター・ハローとしてのダーク銀河が、破壊に対する安定性により星形成が最小限に抑えられることで、検出不能になるまでの短い青色期を経て、やがて見えなくなること、そしてこれが高赤方偏移における青色銀河の集団を説明できる可能性があると提唱する。また、明るい銀河が質量が大きく集団化したハローに偏って形成される「スピンバイアス」を導入し、ハロー質量関数よりも平坦な微弱端の光度関数を予測する。

ABSTRACT

Gravitational lensing studies suggest that the Universe may contain a population of dark galaxies; we investigate this intriguing possibility and propose a mechanism to explain their nature. In this mechanism a dark galaxy is formed with a low density disk in a dark halo of high spin parameter; such galaxies can have surface densities below the critical Toomre value for instabilities to develop, and following Kennicutt's work we expect these galaxies to have low star formation rates. The only stellar component of the galaxies is a halo system, formed during the collapse of the proto-galactic cloud. We compute synthetic stellar population models and show that, at a redshift $z=0.5$, such galaxies have apparent magnitudes $B \simeq 28, R \simeq 26$ and $I \simeq 25$, and could be unveiled by deep searches with the Hubble Space Telescope. Dark galaxies have an initial short blue phase and then become essentially invisible, therefore they may account for the blue population of galaxies at high redshift. We find a strong mass-dependence in the fraction of dark galaxies, and predict that spiral galaxies will not be found in halos with masses less than about $10^9 M_\odot$, if $Ω=1$. Above about $10^{12}M_\odot$, all halos can produce luminous disks. The mass-dependence of the galaxy-formation efficiency introduces the possibility of `spin bias' -- luminous galaxies being associated preferentially with strongly-clustered high-mass halos. A further prediction is that the slope of the faint-end luminosity function for galaxies will be flatter than the associated halo mass function.

研究の動機と目的

• 重力レンズ研究から推定されるダーク銀河の存在と検出可能性を調査すること。
• 青色に見えるが、それ以外では検出不能な低光度・高赤方偏移銀河の起源を説明すること。
• ハローのスピンと質量が銀河形成効率と光度に与える影響を調査すること。
• 最小限の星形成を伴うダーク銀河の形成をモデル化し、観測的特徴を評価すること。
• ハローのスピンが銀河集団化と光度関数に与える影響を検討すること。

提案手法

• ディスク不安定性を抑制する高スピンパラメータを持つダークマター・ハローにおける銀河形成のモデル化。
• トゥーモアの安定性基準を適用し、ディスクの破壊と星形成がいつ抑制されるかを特定。
• ケニケットの星形成則を用いて、低表面密度ディスクにおける低星形成率を推定。
• 合成星団モデルを構築し、ダーク銀河のz=0.5における明るさを予測。
• ハロー質量に依存する銀河形成効率の依存性を分析し、スピンバイアスの効果を導出。
• 銀河光度関数の微弱端の傾きをハロー質量関数と比較し、予測の妥当性を検証。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高スピン・低表面密度のダークハローは、安定で低星形成の銀河を宿し、微弱で検出不能な状態を保つことができるか？
• RQ2 z=0.5におけるそのようなダーク銀河の期待される光度（B, R, Iバンド）は何か？また、ハッブル望遠鏡で検出可能か？
• RQ3 ハロー質量が明るい銀河の形成確率に与える影響は何か？スパイラル銀河が形成できないとされる質量の閾値は何か？
• RQ4 銀河形成がハローのスピンに依存するならば、明るい銀河は質量が大きく集団化したハローに偏って形成されるのか？
• RQ5 スピンに依存する形成効率のため、銀河光度関数の微弱端の傾きはハロー質量関数と異なるものになるか？

主な発見

• z=0.5におけるダーク銀河の予測明るさは、B ≈ 28、R ≈ 26、I ≈ 25であり、深紫外のハッブル観測で検出可能である可能性がある。
• これらの銀河は、やがて見えなくなるまでの短い青色期を経て、高赤方偏移における青色銀河集団の説明に寄与している可能性がある。
• Ω=1の場合、質量が約10^9 M⊙未満のハローでは、低表面密度ディスクにおける不安定性の抑制によりスパイラル銀河は形成されないと予想される。
• 質量が約10^12 M⊙を超えると、すべてのハローが明るいディスクを形成可能であり、効率的な銀河形成の質量閾値が存在する。
• モデルは、スピンに依存する形成効率のため、銀河光度関数の微弱端の傾きがハロー質量関数よりも平坦になると予測する。
• 強い質量依存性を持つ銀河形成効率は「スピンバイアス」を生じさせ、明るい銀河が質量が大きく集団化したハローに偏って形成されることを示唆する。