[论文解读] Towards a consistent model of the Galaxy: I. kinematic properties, star counts and microlensing observations

D. Méra, G. Chabrier+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 7, 1998

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 6

一句话总结

本文通过整合银河系旋臂和大麦哲伦云（LMC）方向的运动学数据、恒星计数观测以及微引力透镜巡天，构建了一个一致的银河系模型。研究发现，棕矮星在银心区域的总质量中贡献不超过20%，但银盘中的棕矮星可能占银盘恒星质量的100%，而银晕中的棕矮星贡献可忽略不计；大麦哲伦云方向的微引力透镜事件最可能由银晕中的白矮星解释，而非低质量恒星或棕矮星。

ABSTRACT

We examine the most recent observational constraints arising from i) small-scale and large-scale Galactic dynamical properties, ii) star counts at faint magnitude and iii) microlensing experiments. From these constraints, we determine the halo and disk stellar mass functions and stellar content down to the bottom of the main sequence, which yields the normalization of the halo/disk total stellar population, and we infer the contributions of sub-stellar objects to the mass budget of the various Galactic regions. The consistent analysis of star counts and of the overall microlensing observations in the Bulge are compatible with a small contribution of brown dwarfs to the Galactic mass budget $\ ho_{BD}/\ ho_* \\leq 0.2 $. However the separate bulge/disk analysis based on the bulge clump giants is compatible with a substantial population of disk brown dwarfs, $\\Sigma_{BD}/\\Sigma_*\\leq 1 $. More statistics of microlensing events towards the Galactic center and a better determination of the velocity dispersions in the bulge should break this degeneracy of solutions. For the halo, we show that a steep mass-function in the dark halo is excluded and that low-mass stars and brown dwarfs represent a negligible fraction of the halo dark matter, and thus of the observed events towards the LMC. The nature of these events remains a puzzle and halo white dwarfs remain the least unlikely candidates.

研究动机与目标

• 将银河系运动学、恒星计数与微引力透镜巡天的观测约束整合为一个统一的银河系模型。
• 确定银盘与银晕中从主序星底部开始的恒星与亚恒星质量函数。
• 评估棕矮星及其他亚恒星天体对银河系不同组成部分质量预算的贡献。
• 通过结合微引力透镜光学深度、速度弥散度与恒星计数数据，解决微引力透镜解释中的歧义。
• 评估银晕白矮星作为大麦哲伦云方向微引力透镜事件主要贡献者的可行性。

提出的方法

• 结合小尺度与大尺度银河系动力学约束，以及暗弱星等星计数数据，以建模恒星族。
• 利用银心与大麦哲伦云方向的微引力透镜光学深度与事件率测量，约束质量函数。
• 采用延伸至低质量恒星与棕矮星的恒星初始质量函数（IMF）模型，其归一化由星计数数据导出。
• 对银心团状巨星与银盘组分分别进行分析，以评估局域棕矮星的贡献。
• 利用银心区域的速度弥散度测量，检验其与微引力透镜事件率及质量函数假设的一致性。
• 通过比较预测与观测的微引力透镜光学深度，评估各类暗物质候选体（尤其是白矮星与棕矮星）的可能性。

实验结果

研究问题

• RQ1 棕矮星对银河系银心、银盘与银晕总质量预算的贡献是多少？
• RQ2 能否用银晕中低质量恒星或棕矮星解释大麦哲伦云方向观测到的微引力透镜光学深度？
• RQ3 运动学数据与星计数分布如何约束银盘与银晕中恒星质量函数的归一化与形状？
• RQ4 是否存在微引力透镜结果与星计数数据之间的不一致，提示存在未解析的亚恒星天体群体？
• RQ5 银心区域的速度弥散度测量对质量函数与微引力透镜事件率施加了何种约束？

主要发现

• 棕矮星对银河系银心总质量的贡献被限制在 ρ_BD/ρ_* ≤ 0.2 以内，表明其作用虽小但不可忽略。
• 对银心团状巨星的独立分析表明，银盘棕矮星可能贡献高达银盘恒星质量的100%，即 Σ_BD/Σ_* ≤ 1。
• 大麦哲伦云方向的微引力透镜观测与银晕中存在大量低质量恒星或棕矮星的假设不一致，排除了银晕暗物质区中存在陡峭质量函数的可能性。
• 在亚恒星天体约束下，银晕白矮星仍是解释大麦哲伦云方向观测到的微引力透镜事件的最合理解释。
• 银盘与银心棕矮星贡献之间的歧义仍未解决，需依赖更多微引力透镜统计与更精确的速度弥散度测量。
• 星计数、运动学与微引力透镜数据的整体一致性支持一个模型：棕矮星并非银河系暗物质的主要成分。