[论文解读] Dynamical Constraints on Disk Masses

J. A. Sellwood|arXiv (Cornell University)|Mar 11, 1999

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 2被引用 3

一句话总结

本文利用棒旋星系和非棒旋星系的旋转曲线来约束盘面质量贡献，表明恒星盘在星系内区质量中占主导地位，且大多数星系的暗物质晕具有与宇宙学模拟不一致的大核心。盘面吸积可压缩初始晕以形成此类核心，但最大盘模型会引发'盘-晕协同'问题，并与Tully-Fisher关系的第一参数性质相冲突。

ABSTRACT

While the total interior mass of a galaxy is reasonably well determined by a good rotation curve, the relative contributions from disk, bulge and halo are only weakly constrained by one-dimensional data. Barred galaxies are intrinsically more complicated, but provide much tighter constraints on the disk masses and support the idea that most of the mass in the inner parts of bright galaxies is in their stars. There appears to be no systematic difference in dark matter content between barred and unbarred galaxies, consistent with the theoretical result that the global stability of galaxies with dense centers does not depend on their halo fraction. The rotation curve shapes of lower luminosity and low-surface-brightness galaxies, on the other hand, indicate significant mass in the DM halo even near their centers. We find that most DM halos appear to have large cores, inconsistent with the predictions from cosmological simulations. We also show that such large-core halos can result from compression by disk infall of physically reasonable initial halos. Maximum disks, while apparently required by the data, do seem to present some puzzles; most notably they re-open the old disk-halo ``conspiracy'' issue and incorrectly predict that surface brightness should be a second parameter in the Tully-Fisher relation.

研究动机与目标

• 利用动力学数据确定盘、核球和晕对星系质量预算的相对贡献。
• 研究棒旋星系是否比非棒旋星系对盘面质量提供更紧的约束。
• 评估观测到的暗物质晕结构与宇宙学模拟的一致性。
• 评估最大盘模型对Tully-Fisher关系及盘-晕协同问题的影响。

提出的方法

• 分析棒旋星系和非棒旋星系的旋转曲线以推断质量分布。
• 利用棒旋星系的动力学稳定性来约束盘面质量分数。
• 通过建模盘面吸积对晕的压缩来解释晕中大核心结构的成因。
• 将观测到的晕核心半径与宇宙学模拟的预测进行比较。
• 应用Tully-Fisher关系，检验在最大盘假设下表面亮度是否为第二参数。
• 评估在不同晕质量分数下，具有致密中心的星系的稳定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 棒旋星系是否比非棒旋星系对盘面质量提供更强的约束？
• RQ2 棒旋星系与非棒旋星系在暗物质含量上是否存在系统性差异？
• RQ3 星系中观测到的暗物质晕是否具有大核心，且与宇宙学模拟一致？
• RQ4 盘面吸积是否能压缩初始晕以形成大核心结构？
• RQ5 最大盘模型是否导致Tully-Fisher关系中的不一致？

主要发现

• 棒旋星系表明，在明亮星系中，内区质量主要来自恒星，支持较高的盘面质量分数。
• 在棒旋星系与非棒旋星系之间未发现暗物质含量的系统性差异。
• 大多数暗物质晕似乎具有大核心，与宇宙学模拟的预测相矛盾。
• 此类大核心晕可通过盘面吸积压缩物理上合理的初始晕轮廓而形成。
• 尽管最大盘模型与观测数据一致，但重新引入了盘-晕协同问题。
• 最大盘模型错误地预测表面亮度应为Tully-Fisher关系中的第二参数。