[論文レビュー] The maximum rotation of a galactic disc

Roelof Bottema|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|Jun 23, 1997

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 3被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、星の速度分散から導かれる固定された質量光度比を用いて、光度、表面輝度、色に基づいて銀河ディスクの最大回転速度を予測する一般化された関係を提案する。モデルは、観測された回転速度が理論的な最大値を下回っていることを示しており、特にNGC 1560 やNGC 6503 のような低表面輝度銀河において顕著なダークマターの存在を示唆している。

ABSTRACT

The observed stellar velocity dispersions of galactic discs show that the maximum rotation of a disc is on average 63% of the observed maximum rotation. This criterion can, however, not be applied to small or low surface brightness (LSB) galaxies because such systems show, in general, a continuously rising rotation curve until the outermost measured radial position. That is why a general relation has been derived, giving the maximum rotation for a disc depending on the luminosity, surface brightness, and colour of the disc. As a physical basis of this relation serves an adopted fixed mass-to-light ratio as a function of colour. That functionality is consistent with results from population synthesis models and its absolute value is determined from the observed stellar velocity dispersions. The derived maximum disc rotation is compared with a number of observed maximum rotations, clearly demonstrating the need for appreciable amounts of dark matter in the disc region and even more so for LSB galaxies. Matters have been illustrated for two examples; the galaxy NGC 6503 and LSB galaxy NGC 1560.

研究の動機と目的

• すべてのディスク銀河、特に低表面輝度（LSB）銀河を含む、ディスク銀河の最大回転速度を一般化された関係で導出すること。
• 星の速度分散に基づく従来の基準の限界を克服すること。特に、連続的に上昇する回転曲線を示す小規模またはLSB銀河では、これらの基準が機能しないこと。
• 観測された最大回転速度と理論的予測との比較を通じて、ディスク領域におけるダークマターの必要量を定量化すること。
• パopulation合成モデルと観測された速度分散を用いて質量光度比をキャリブレーションし、物理的整合性を確保すること。
• NGC 6503 やNGC 1560 などの特定の銀河への適用を通じて、モデルの妥当性を示すこと。

提案手法

• パopulation合成モデルからキャリブレーションされた、色の関数としての固定された質量光度比を採用する。
• 観測された星の速度分散を用いて、質量光度比の絶対値を制約する。
• 最大ディスク回転速度と光度、表面輝度、色の間の一般化された関係を導出する。
• 特に回転曲線が上昇する銀河に対して、この関係を適用して最大回転速度を予測する。
• 予測された最大回転速度と観測された最大回転速度を比較し、ダークマター含量を推定する。
• NGC 6503（典型的なディスク銀河）とNGC 1560（LSB銀河）の2例を用いて、モデルの妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標準的な速度分散基準が機能しないようなシステムにおいて、銀河ディスクの最大回転速度をどのように予測できるか？
• RQ2 ディスクの光度、表面輝度、色とその最大回転速度との間にはどのような関係があるか？
• RQ3 観測された最大回転速度と予測された最大回転速度の乖離は、どれほどダークマターの存在を示唆するか？
• RQ4 通常の銀河と低表面輝度銀河との間で、必要なダークマターの割合はどのように異なるか？
• RQ5 速度分散からキャリブレーションされた一貫性のある質量光度比を用いて、多様なディスク銀河の回転曲線をモデル化できるか？

主な発見

• 銀河ディスクの観測された最大回転速度は、星の速度分散基準によって予測される理論的最大回転速度の平均で63％にとどまる。
• 導出された関係は、従来の手法が失敗する回転曲線が上昇する銀河、例えばLSB銀河に対しても、最大回転速度を的確に予測できる。
• NGC 1560 は低表面輝度銀河であるが、モデルは可視質量の著しい不足を示しており、ディスク領域における強いダークマター支配を示唆している。
• モデルは、NGC 6503 のような典型的な銀河のディスク領域でも、ダークマターが大幅に必要であることを確認している。
• 速度分散から導かれた質量光度比は、パopulation合成モデルと整合しており、このアプローチの物理的妥当性を支持している。
• 観測された最大回転速度と予測された最大回転速度の乖離は、特に低表面輝度システムにおいて、銀河ディスク内にダークマターが存在することを強く示唆している。