[논문 리뷰] Kinematics of the local universe IX. The Perseus-Pisces supercluster and the Tolman-Bondi model

M. O. Hanski, G. Theureau외 2명|ArXiv.org|2001. 09. 06.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 38인용 수 13

한 줄 요약

이 연구는 킬로파섹 단위의 편평한 속도 데이터를 기반으로 톨만-본디(TB) 모델을 페르세우스-피스케스 초은하군에 적용하여 질량 및 천체역학적 매개변수를 추정한다. 연구 결과, 낮은 국지군 수축 속도(<100 km s⁻¹)와 TB 모델에 부합하는 편평한 속도가 중간 정도의 천체역학적 밀도 매개변수 Ω₀ = 0.2–0.4를 지지하며, 부드럽게 처리된 밀도 및 반경 방향 평균 속도를 사용할 경우, 비구형 복잡한 구조에 대해 TB 모델의 적용 가능성이 확인된다.

ABSTRACT

We study the mass distribution and the infall pattern of the Perseus-Pisces (PP) supercluster. First we calculate the mass of the central part of PP, a sphere with a radius of 15/h Mpc centered at (l,b)=(140.2°,-22.0°), d=50/h Mpc, using the virial and other estimators. We get M_{PP} = 4 -- 7 /h 10^{15} M_{sun}, giving mass-to-light ratio 200 -- 600 h M_{sun} / L_{sun}, and overdensity δ\approx 4. The radially averaged smoothed density distribution around the PP is inputted to the Tolman-Bondi (TB) equations, calculated for different cosmologies: Ω_0 = [0.1,1], Ω_Λ = 1-Ω_0 or 0. As a result we get the infall velocities towards the PP center. Comparing the TB results to the peculiar velocities measured for the Kinematics of the Local Universe (KLUN) Tully-Fisher data set we get the best fit for the conditions Ω_0 = 0.2 -- 0.4 and v_{inf} &lt; 100 km/s for the Local Group infall towards the center of PP. The applicability of the TB method in a complex environment, such as PP, is tested on an N-body simulation.

연구 동기 및 목표

• 비구형이며 필라멘터리한 페르세우스-피스케스 초은하군에 대해 톨만-본디(TB) 모델의 적용 가능성을 시험한다.
• TB 모델링과 관측된 편평한 속도를 기반으로 국지군의 페르세우스-피스케스 초은하군 향한 수축 속도와 천체역학적 밀도 매개변수 Ω₀를 제약한다.
• 은하단 관측에서 구한 비율 및 질량-광도 비율이 TB 모델에 의해 예측된 질량과 일치하는지 평가한다.
• N-바디 시뮬레이션을 활용하여 복잡한 환경에서 TB 모델의 타당성을 평가한다.
• 이전 운동학적 연구와 최근 POTENT 분석 간의 국지군의 페르세우스-피스케스 초은하군 향한 수축 속도에 대한 모순을 해소한다.

제안 방법

• 페르세우스-피스케스 초은하군의 가장 밀도가 높은 지역인 (l,b) = (140.2°, -22.0°) 에 중심을 두고, 반경 15 h⁻¹ Mpc 의 구형 대칭 질량 분포에 대해 TB 모델을 적용한다.
• 네 개의 가장 두드러진 은하단에 대해 비율 유사 추정식을 적용하여 중심 영역의 질량을 제약하여 M_PP = 4–7 h⁻¹×10¹⁵ M☉ 를 도출한다.
• 부드러운 IRAS 은하 밀도장을 TB 모델의 입력 자료로 사용하며, 관측된 속도와 일치시키기 위해 편향 계수 b_IRAS ≈ 0.5 를 적용한다.
• KLUN 편평한 속도는 터리-파이저 관계와 정규화된 거리 방법에서 유도되었으며, 국지군의 페르세우스-피스케스 초은하군 향한 수축을 보정하였다.
• TB 모델이 예측한 반경 방향 속도장과 관측된 KLUN 자료를 비교하였으며, Ω₀ 와 Ω_Λ 는 자유 매개변수로 간주하였다.
• N-바디 시뮬레이션을 사용하여, 복잡하고 비구형인 은하단에서 부드러운 처리된 평균 속도장이 TB 예측과 얼마나 일치하는지 테스트하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 부드럽게 처리된 밀도와 평균 속도장을 사용할 경우, 비구형 페르세우스-피스케스 초은하군 주변의 편평한 속도장을 정확하게 기술할 수 있는가?
• RQ2 TB 예측과 KLUN 자료 간의 비교는 국지군이 페르세우스-피스케스 초은하군 향해 수축하는 속도에 어떤 제약을 둔다?
• RQ3 TB 모델링과 은하단의 비율 질량 추정치가 동시에 만족하는 천체역학적 밀도 매개변수 Ω₀ 의 범위는 무엇인가?
• RQ4 페르세우스-피스케스 초은하군 내 은하단의 질량-광도 비율은 Ω₀ 추정치에 어떤 영향을 미치며, 대규모 질량 밀도에 대한 함의는 무엇인가?
• RQ5 구형 케이지 평균화된 속도장에서, 복잡한 필라멘터리 구조에서 TB 모델은 어느 정도까지 유효한가?

주요 결과

• 국지군이 페르세우스-피스케스 초은하군 향한 수축 속도는 v_inf < 100 km s⁻¹ 로 제약되었으며, 이는 최근 POTENT 분석과 일치하지만, 이전의 약 350 km s⁻¹ 에 대한 추정과는 정반대이다.
• IRAS 밀도장에 대해 b_IRAS ≈ 0.5 의 편향을 적용할 경우, TB 모델이 KLUN 편평한 속도 자료와 양호한 일치를 보이며, 부드러운 밀도장이 대규모 질량 분포를 잘 반영하고 있음을 시사한다.
• 천체역학적 밀도 매개변수는 Ω₀ = 0.2–0.4 로 제약되었으며, 극단적인 값(Ω₀ = 0.1 또는 1) 은 질량 및 속도 제약 조건에 의해 배제된다.
• 우주 상수(Ω_Λ = 0 또는 1−Ω₀)의 존재는 결과에 큰 영향을 주지 않으며, 성장하는 구조에서 수축 속도는 Λ 에 대해 약하게 민감하기 때문이다.
• 주요 은하단에 대한 비율 질량 추정치는 M/L 비율을 200–600 h M☉/L☉ 로 도출하였으며, 이 비율이 우주 전반에 대표된다고 가정할 경우 Ω₀ = 0.1–0.3 이 된다.
• N-바디 시뮬레이션은 거대 은하단 주변의 반경 방향 평균 속도장이 TB 모델에 잘 맞는다는 것을 확인하여, 부드러운 대규모 운동학에 TB 모델을 적용하는 것이 타당함을 검증한다.