[论文解读] Towards a consistent model of the Galaxy: II. Derivation of the model

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

Geophysics and Gravity Measurements被引用 7

一句话总结

本文利用恒星计数、微引力透镜和运动学的观测约束，推导出银河系的两种一致的质量模型。它提出了一种标准模型，其中星盘暗物质为最小的重子物质，星系晕中为非重子暗物质；还提出了一种较不常见的模型，其中暗物质主要为重子物质——星盘中为棕矮星，星系晕中为白矮星——两种模型均对近红外和微引力透镜巡天提出了可检验的预测。

ABSTRACT

We use the calculations derived in a previous paper (Méra, Chabrier and Schaeffer, 1997), based on observational constraints arising from star counts, microlensing experiments and kinematic properties, to determine the amount of dark matter under the form of stellar and sub-stellar objects in the different parts of the Galaxy. This yields the derivation of different mass-models for the Galaxy. In the light of all the afore-mentioned constraints, we discuss two models that correspond to different conclusions about the nature and the location of the Galactic dark matter. In the first model there is a small amount of dark matter in the disk, and a large fraction of the dark matter in the halo is still undetected and likely to be non-baryonic. The second, less conventional model is consistent with entirely, or at least predominantly baryonic dark matter, under the form of brown dwarfs in the disk and white dwarfs in the dark halo. We derive observational predictions for these two models which should be verifiable by near future infrared and microlensing observations.

研究动机与目标

• 构建一个整合多种观测约束的自洽银河系质量模型。
• 确定银河系星盘和星系晕中暗物质的分布与性质。
• 评估暗物质是否可主要以恒星残骸或低质量天体的形式存在重子物质。
• 为未来的红外和微引力透镜观测推导可检验的预测。
• 评估超越标准非重子候选者的替代暗物质模型的可行性。

提出的方法

• 利用恒星计数数据、微引力透镜光学深度测量值以及恒星族的运动学特性作为观测约束。
• 应用具有径向和垂直结构的球对称、轴对称质量模型来拟合数据。
• 引入棕矮星和白矮星的质量函数，以建模重子暗物质组分。
• 求解与运动学数据一致的引力势和圆轨道速度曲线。
• 将模型预测与微引力透镜光学深度及事件率预期进行比较。
• 通过将预测的表面密度和速度弥散度与观测值比较，评估模型的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在当前观测约束下，银河系星盘和星系晕中暗物质的分布是什么？
• RQ2 以棕矮星和白矮星形式存在的重子暗物质能否解释观测到的微引力透镜和运动学数据？
• RQ3 将低质量恒星残骸纳入模型后，对银河系质量模型的一致性有何影响？
• RQ4 在近红外和微引力透镜巡天中，重子暗物质模型的可观测特征是什么？
• RQ5 与标准非重子暗物质情景相比，该模型在数据一致性方面表现如何？

主要发现

• 标准模型要求星系晕中存在大量非重子暗物质，星盘中重子贡献极少。
• 一种较不常见的模型，其中重子暗物质主要为星盘中的棕矮星和星系晕中的白矮星，能够重现观测到的微引力透镜光学深度和运动学数据。
• 重子物质模型预测在银河系银心方向的微引力透镜事件率高于标准模型。
• 该模型预测星盘中棕矮星会产生可探测的近红外辐射，未来巡天可进行探测。
• 两种模型均与观测到的本地圆轨道速度和恒星速度弥散度一致。
• 本文识别出特定的观测检验方法——微引力透镜事件率和红外表面亮度——未来可用来区分这两种模型。