[论文解读] Preliminary results on galactic dark matter from the complete EROS2 microlensing survey

P. Tisserand, A. Milsztajn|arXiv (Cornell University)|Jan 26, 2005

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 3

一句话总结

本研究展示了对大麦哲伦云的完整 EROS2 微引力透镜巡天的最终结果，历时 6.7 年，分析了 3300 万颗恒星，以搜寻由大质量致密晕天体（MACHOs）引起的引力微透镜事件。分析仅发现四个新的候选体，对质量介于 2×10⁻⁴ 至 1 个太阳质量之间的 MACHO 在银河系暗物质中所占比例的 95% 置信度上限为 12%，强烈否定了 MACHOs 作为主导暗物质组分的可能性。

ABSTRACT

The EROS-2 collaboration has conducted a survey of the Magellanic Clouds between July 1996 and February 2003 (6.7 years), in order to search for microlensing phenomena due to putative machos (massive astronomical compact halo objects). About 55 million stars were monitored over 100 deg^2, typically with 400 to 500 measurements per star, simultaneously in two wide passbands. The full EROS-2 Magellanic Cloud data set was processed using the same program chain, and a photometric database was constructed. The lightcurves of the brightest 33 million stars were then searched for the characteristic signature of microlensing phenomena, in the wide timescale range of 1 to 1000 days (corresponding to macho masses ranging from about 0.01 solar mass to a few hundred solar masses). The sensitivity of this new analysis is better by a factor 4. The new EROS-2 microlensing candidates towards the LMC and the corresponding (preliminary) final limits from EROS-2 on the macho content of the halo are presented; they are by far not numerous enough to account for the galactic dark matter. We have also followed, whenever possible, the microlensing candidates that were previously published by the EROS and MACHO collaborations. 1 MACHO and 2 EROS LMC candidates have shown subsequent variability and cannot be considered to be serious candidates.

研究动机与目标

• 利用完整的 EROS2 数据集，在大麦哲伦云中搜寻引力微透镜事件。
• 通过微透镜探测，确定银河系暗物质中由 MACHOs 组成的分数的上限。
• 使用改进的测光和分析技术，重新评估先前发表的微透镜候选体。
• 评估 EROS2 巡天对质量范围为 0.0002 至 100 个太阳质量的 MACHOs 的敏感度和探测效率。
• 将最终结果与早期 MACHO 和 EROS1 的发现进行比较，以解决 MACHO 丰度估计值之间的差异。

提出的方法

• EROS2 探测使用两台宽波段 CCD 拼接阵列，在 100 平方度的区域内对大、小麦哲伦云中的 5500 万颗恒星进行监测，每颗恒星获得 400 至 500 次测量。
• 对最亮的 3300 万颗恒星的光变曲线进行分析，以寻找时间尺度在 1 至 1000 天之间的微透镜信号，对应于质量约为 0.01 至数百个太阳质量的 MACHOs。
• 采用多阶段筛选流程，包括信噪比筛选、最佳拟合点源-点透镜微透镜模型比较，并排除物理背景源，如蓝变星和超新星。
• 通过使用具有不对称参数 S 的非对称微透镜光变曲线模型来排除超新星，拒绝 |S| > 0.3 或靠近可见星系的候选体。
• 利用模拟的微透镜光变曲线计算探测效率，从而实现敏感度校准，并在 95% 置信水平下获得统计上限。
• 从幸存的候选体中计算光学深度，以估算 MACHO 对星系晕的贡献，最终上限仅基于 LMC 数据得出。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于对大麦哲伦云的完整 EROS2 探测，MACHO 在银河系暗物质中所占比例的上限是多少？
• RQ2 在使用改进的数据和方法重新分析后，先前发表的 EROS 和 MACHO 巡天中的微透镜候选体是否仍然有效？
• RQ3 EROS2 探测对 MACHOs 的探测敏感度与早期的 MACHO 和 EROS1 巡天相比如何？
• RQ4 观测到的微透镜候选体数量能否由 MACHOs 解释，还是更可能指向其他天体物理背景？
• RQ5 对先前报告的候选体重新观测到的变异性具有何种意义，它如何影响对微透镜信号的解释？

主要发现

• EROS2 巡天在大麦哲伦云中仅识别出四个新的微透镜候选体，其中一例（EROS2-LMC#8）表现出强烈的色指数变化，其透镜情景合理，涉及一颗距离 300 pc、视星等为 13.5 的 M 型矮星。
• 另外三个候选体（EROS2-LMC#9 至 #11）信噪比较低，与源星视星等约 21 等、时间尺度为 35–55 天的假设一致。
• 从这三个显著性较低的候选体中得出的光学深度为 1.5 × 10⁻⁸，仅相当于标准球形晕光学深度的 3%。
• 对 MACHO 质量在 2×10⁻⁴ 至 1 个太阳质量之间的星系晕中 MACHO 含量，初步得出 95% 置信水平上限小于 12%。
• 所有先前发表的 EROS 和 MACHO 微透镜候选体均被发现与稳定微透镜不一致：1 个 EROS1 和 1 个 EROS2 候选体在超过 6 年后表现出新的变异性，且 3 个 EROS2 候选体因不对称性（|S| > 0.3）被确认为超新星。
• 由于更长的基线和优化的数据处理，EROS2 分析的敏感度相比上一版 EROS2 LMC 结果提高了 4 倍，相比 MACHO 巡天提高了 2 倍。