[論文レビュー] The Shape of Dark Matter Halos

Penny D. Sackett|arXiv (Cornell University)|Mar 27, 1999

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、ダークマター・ハローの半径方向および幾何的構造を推定する手法をレビューし、ハローが少なくとも50 kpcまで延びており、質量が半径に線形に増加することを明らかにした。観測的制約から、ハローは中程度に引き延ばされており、R ~ 20 kpcにおける等方的軸比b/a > 0.7（ポテンシャルに関しては>0.8）であり、c/a = 0.5 ± 0.2の強い垂直方向の平坦化を示しており、10%の散逸性ガスを含むコールド・ダーク・マター（CDM）シミュレーションと整合的である。

ABSTRACT

Techniques for inferring the radial and geometric form of dark matter halos and the results they have produced to date are reviewed. Dark halos appear to extend to at least ~50 kpc with total enclosed masses that rise linearly with radius R. Whether this behavior can be extrapolated to distances as large as 200 kpc and beyond is controversial; results at this radius are model-dependent. Observationally, the geometrical form of the dark halo can be characterized by the equatorial axis ratio b/a (ovalness) and vertical-to-equatorial axis ratio c/a (flattening) of the total density. Different techniques consistently yield b/a > 0.7 (and thus b/a > 0.9 for the potential) at R~20 kpc, with more axisymmetric values, b/a >~ 0.8, being more likely. Results are less consistent for the vertical flattening, perhaps due to the difference in the spatial regions probed by different techniques or inappropriate assumptions. Techniques that probe furthest from the stellar plane z~15 kpc consistently implicate substantially flattened c/a = 0.5 +/- 0.2 dark halos. These axis ratios are in acceptable agreement with expectations from N-body simulations of cold dark matter mixed with ~10% dissipational gas.

研究の動機と目的

• ダークマター・ハローの半径方向および幾何的構造を制約する観測的手法を統合・評価すること。
• 異なる手法や空間領域におけるハロー形状測定の整合性を評価すること。
• 散逸性ガスを含むコールド・ダーク・マター（CDM）シミュレーションの予測と、推定されたハロー形状を比較すること。
• 50 kpcを超えて200 kpcまで質量プロファイルを外挿する信頼性を特定すること。
• 異なる観測的手法による垂直方向の平坦化（c/a）の測定値に見られる不一致を明確にすること。

提案手法

• 星族系の運動学的および光度的データの分析により、ダークマター・ハローの重力ポテンシャルと質量分布を推定する。
• 軸対称モデル化を用いて、密度およびポテンシャルプロファイルから等方的（b/a）および垂直方向-等方的（c/a）の軸比を導出する。
• 銀河平面からのz ~ 15 kpcまでの領域をプローブする手法を適用し、垂直方向の平坦化を評価する。
• コールド・ダーク・マター（CDM）のN体シミュレーション（~10%の散逸性ガスを含む）の予測と観測結果を比較する。
• 50 kpcを超える半径への質量プロファイルの外挿におけるモデル依存性を評価する。
• c/a = 0.5 ± 0.2のような軸比測定の不確実性を定量化する統計的制約を用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ダークマター・ハローにおける質量の半径依存性は何か？ 200 kpcまで信頼性を持って外挿可能か？
• RQ2 R ~ 20 kpcにおけるダークマター・ハローの観測された等方的（b/a）および垂直方向（c/a）の軸比は何か？
• RQ3 なぜ異なる観測的手法がハローの垂直方向平坦化（c/a）について一貫しない結果をもたらすのか？
• RQ4 観測されたハロー形状は、散逸性ガスを含むコールド・ダーク・マター（CDM）シミュレーションの予測とどのように一致するか？
• RQ5 ハロー形状の測定値は、プローブされた空間領域やモデル化における仮定にどの程度敏感か？

主な発見

• ダークマター・ハローは少なくとも50 kpcまで延びており、全質量は半径Rに線形に増加する。
• R ~ 20 kpcにおいて、等方的軸比は一貫してb/a > 0.7であり、ポテンシャルに関してはb/a > 0.8である可能性がより高い。
• 銀河平面からのz ~ 15 kpcまでの領域をプローブする手法は、c/a = 0.5 ± 0.2の強い垂直方向の平坦化を示すハローを特定した。
• 観測されたハロー形状は、約10%の散逸性ガスを含むN体シミュレーションの予測と、受け入れ可能な整合性を持つ。
• 50 kpcを超える半径における結果はモデル依存であり、200 kpcへの外挿はまだ議論の余地がある。
• c/a測定値の不一致は、プローブされた空間領域の違いや、不適切なモデル化の仮定に起因する可能性がある。