은하의 중심 속도 분산을 이용한 암흑 물질 헤일로의 질량 추적

Abstract

은하 질량의 대부분은 암흑물질이 차지하고 있다고 알려져있다. 그러나 은하에 있는 암흑물질의 질량과 분포범위는 관측적으로 측정하기 어렵다. 최근에 은하의 중심부에 있는 별의 속도분산이 암흑물질헤일로 질량을 측정할 수 있는 방법이라고 제시되었다. 본 연구에서는 위성 은하의 운동학적 특성을 이용하여 이 가설을 검증하는 연구를 수행하였다. 은하 주변 위성 은하의 속도 분산을 구하고, 이로부터 중심은하의 역학적 질량을 계산하였다. 이 질량과 은하의 중심부 별 속도 분산 사이의 상관 관계를 조사하였다. 슬로운 디지털 전천 탐사 (Sloan Digital Sky Survey)의 12번째 공개 자료 (Data Release 12)에 있는 은하의 분광 표본에 Friends-of-Friends 알고리즘을 적용하여, 위성은하를 가진 은하의 목록을 작성하였다. 각 은하에 있는 위성은하의 수가 적으므로, 통계적 신뢰도를 높이기 위해, 물리량이 비슷한 은하를 합쳐서 은하의 물리적 특성을 측정하였다. 중심 은하의 별 속도 분산은 위성 은하의 속도 분산과 선형적으로 비례한다. 또한 중심 은하의 별 속도 분산은 은하의 역학적질량과 강한 상관관계를 보이며 이는 멱함수로 기술할 수 있다. 조기형 은하와 만기형 은하 모두 이러한 상관관계를 보여준다. 기존 연구에서는 중심 은하의 광도 또는 항성질량을 이용하여 은하의 암흑 물질 헤일로 질량을 추정하였다. 본 연구 결과는 중심 은하의 속도 분산도 암흑 물질의 헤일로 질량을 효율적으로 추정할 수 있는 방법임을 보여준다. 앞으로 분광 탐사 연구를 통해 많은 은하에 대하여 중심속도 분산을 구하게 되면, 이를 이용하여 암흑 물질 헤일로 특성을 밝힐 수 있을 것으로 기대된다.

Most of the galaxy mass is known to be occupied by dark matter. However, it is difficult to directly measure the mass and distribution of dark matter in a galaxy. Recently, the velocity dispersion of the stellar population in a galaxy's center has been suggested as a possible probe of the mass of the dark matter halo. In this study, we test and verify this hypothesis using the kinematics of satellite galaxies. We calculate the dynamical mass of the primary galaxy from the velocity dispersion of their satellite galaxies. We then investigate the correlation between the dynamical mass and the central velocity dispersion of the primary galaxy. We use the Friends-of-Friends (FoF) algorithm to build a catalog of primary galaxies and their satellite galaxies from the Sloan Digital Sky Survey (SDSS) DR 12. with similar physical properties (e.g. stellar mass, absolute magnitude, and central velocity dispersion) to increase the statistical reliability. The stellar velocity dispersion of the central host galaxy has a strong linear correlation with the velocity dispersion of their satellite galaxies. Also, the stellar velocity dispersion of the central galaxy is strongly correlated with the dynamical mass of the galaxy, which can be described as a power law. While previous studies have used the luminosity or stellar mass of primary galaxies, we confirm that the central velocity dispersion of the primary galaxy is a robust method to probe the mass of the dark matter halo. The results of this study show that the central velocity dispersion of the primary galaxy can be a good proxy for tracing the mass of dark matter halo. Through future spectroscopic surveys, we expect that the central velocity dispersion can be measured for a larger sample of galaxies, which will help explain the nature of the dark matter halo.