[논문 리뷰] Geometrical tests of cosmological models. II. Calibration of rotational widths and disc scaling relations

A. Saintonge, Karen L. Masters외 4명|ArXiv.org|2007. 10. 03.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 32인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 SFI++ 목록을 사용하여 근접한 나선파란 은하의 회전 폭과 디스크 스케일링 관계를 보정하여 고 redshift에서 기하학적 우주론적 검증을 가능하게 한다. Hα 및 [OII] 선 폭 간에 밀접한 상관관계가 있음을 확인하였고(산산개차 약 30 km s⁻¹), 기울기 및 투명도 보정을 거친 r₂₃.₅–v_rot 관계가 Tully-Fisher 관계나 기타 크기-속도 관계보다 훨씬 더 낮은 산산개차를 보이며, 표준 막대 응용에 이상적인 결과를 제공한다.

ABSTRACT

This series of papers is dedicated to a new technique to select galaxies that can act as standard rods and standard candles in order to perform geometrical tests on large samples of high redshift galaxies to constrain different cosmological parameters. The goals of this paper are (1) to compare different rotation indicators in order to understand the relation between rotation velocities extracted from observations of the Halpha line and the [OII]3727 line, and (2) determine the scaling relations between physical size, surface brightness and magnitude of galaxies and their rotation velocity using the SFI++, a large catalog of nearby galaxies observed at I-band. A good correlation is observed between the rotation curve-derived velocities of the Halpha and [OII] observations, as well as between those calculated from velocity histograms, justifying the direct comparison of velocities measured from Halpha rotation curves in nearby galaxies and from [OII] line widths at higher redshifts. To provide calibration for the geometrical tests, we give expressions for the different scaling relations between properties of galaxies (size, surface brightness, magnitude) and their rotation speeds. Apart from the Tully-Fisher relation, we derive the size-rotation velocity and surface brightness-rotation velocity relations with unprecedentedly small scatters. We show how the best size-rotation velocity relation is derived when size is estimated not from disc scale lengths but from the isophotal diameter r23.5, once these have been corrected for inclination and extinction effects.

연구 동기 및 목표

• 우주론적 연구에서 다양한 redshift 범위에서 교차 비교가 가능한 회전 속도 지표(Hα 대비 [OII] 선)를 보정하기 위해.
• 근접한 은하에서 물리적 은하 성질(크기, 표면 밝기, 등급)과 회전 속도 간의 밀접한 스케일링 관계를 유도하기 위해.
• 산산개차를 최소화하기 위한 최적의 크기 추정자(r₂₃.₅)를 식별하기 위해.
• 진화적 편향이 없는 지역 보정을 제공하여 고 redshift 설문조사에서 표준 막대 및 표준 캔들를 신뢰성 있게 선별할 수 있도록 하기 위해.
• 기하학적 우주론 모델 검증(예: 각지름 테스트)을 위한 대규모 스케일 응용을 지원하기 위해, 낮은 산산개차를 가진 강력한 스케일링 관계를 수립하기 위해.

제안 방법

• I-대역 광학 측정과 Hα 또는 HI 관측에서 유도된 회전곡선 데이터를 포함한 균일한 근접 나선파란 은하 샘플인 SFI++ 목록을 사용한다.
• 전체 Hα 회전곡선에서 유도된 회전 속도와 [OII] λ3727 Å 회전곡선 및 속도 히스토그램에서 유도된 속도를 비교한다.
• 특히 표면 밝기 23.5 mag arcsec⁻² 등고선인 이소포탈 직경 r₂₃.₅에 대해 기울기 및 투명도 보정을 적용한다.
• 피어슨 상관계수를 사용하여 산산개차를 정량화함으로써 스케일링 관계의 날카로움과 신뢰성을 평가한다.
• 샘플 전반에 걸쳐 Hα 기반 속도와 [OII] 기반 폭을 비교하여 다양한 회전 속도 지표 간의 일관성을 검증한다.
• 강력한 통계적 보정을 통해 r_d, r₈₃, r₅₀와 같은 다른 대안들보다 r₂₃.₅–v_rot 관계가 가장 날카로운 결과를 보임을 도출한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 근접한 나선파란 은하에서 Hα 및 [OII] 복사선에서 측정된 회전 속도는 어떻게 비교되는가?
• RQ2 r_d, r₈₃, r₅₀, r₂₃.₅ 중 어느 크기 추정자가 r–v_rot 관계에서 회전 속도와 가장 낮은 산산개차를 보이는가?
• RQ3 기울기 및 투명도 보정을 거친 후 r₂₃.₅–v_rot 관계의 산산개차는 얼마인가?
• RQ4 [OII] 선 폭은 고 redshift 우주론적 검증에서 Hα 회전 속도의 신뢰할 수 있는 대체 지표로 사용될 수 있는가?
• RQ5 유도된 스케일링 관계는 기하학적 우주론적 검증을 위한 표준 막대 및 캔들의 선별에 어떻게 기여하는가?

주요 결과

• Hα 및 [OII] 복사선에서 유도된 회전 속도 간에 강력한 상관관계가 존재하며, 산산개차는 약 30 km s⁻¹이다.
• 속도 히스토그램에서 유도된 속도는 Hα 회전곡선 대비 약 50 km s⁻¹의 산산개차를 보이며, 히스토그램 기반 방법에 체계적인 편향이 있음을 시사한다.
• 기울기 및 투명도 보정을 거친 r₂₃.₅–v_rot 관계는 시험한 모든 크기 추정자 중에서 가장 낮은 산산개차를 보이며, Tully-Fisher 관계와 경쟁할 수 있는 결과를 제공한다.
• 산산개차를 최소화하는 데 있어 r₂₃.₅ 크기 추정자는 r_d, r₈₃, r₅₀보다 뛰어나며, 우주론적 표준 막대 응용에 최적임을 입증한다.
• Hα 및 [OII] 지표 간의 교차 보정에서 산산개차가 존재하더라도 체계적인 오프셋은 발견되지 않아, 저 redshift 및 고 redshift 샘플을 통합해 사용할 수 있음을 뒷받침한다.
• 보정된 r₂₃.₅–v_rot 관계는 대규모 기하학적 우주론적 검증에서 표준 막대 선별을 위한 강력하고 낮은 산산개차 기반을 제공한다.