銀河天文学（4/14）の質問と回答

TA

第二回目の仕事ぶり．


先週は，岡村さんにメールした僕の回答案が，5倍くらいに増幅されて
メーリスに流れたので驚きだったのですが，今週はマイナーチェンジのみで
メーリスに流れました．今週の岡村さんは，お忙しかったのかも．


なので，日本語がぎこちないとこや説明がわかりにくいとこがあったら，
そこはきっと僕の責任です（笑）

●質問1


北の銀極、南の銀極は何から決まるのでしょう。
銀河の回転方向からでしょうか。

●回答


銀河座標における銀緯90度の銀極の南北は、それぞれの銀極が
地球から見て南北のいずれにあるかで決められています。
黄道面と銀河面の相互関係は天文学者でも知らない人が結構
いるので、次回の講義で示します（小野君、私が忘れていたら
言って下さい）

●演習


B型主系列星、G型主系列星（太陽と同じ）、M型主系列星が
個数にして1:9:30の割合で存在する銀河の質量-光度比を計算せよ。
さらに、これにK型赤色巨星(10)が加わった1:9:30:10の銀河の
質量-光度比を計算せよ。（ここではとりあえず星間物質は無視する）

●2.1節末にある演習の解答


各スペクトル型の個数比が与えられていますから、ひとつ前の
スライドに載っている各スペクトル型の典型的な質量と光度を
用いれば計算できます。
以下、Moは太陽質量、Loは太陽光度を表すとします。


＊前半（K型なし）：


M/Mo = 6*1/40 + 1*9/40 + 0.5*30/40
L/Lo = 210*1/40 + 1*9/40 + 0.03*30/40

  • > M/L 〜 0.14 [Mo/Lo]


＊後半（K型あり）：


M/Mo = 6*1/50 + 1*9/50 + 0.5*30/50 + 1*10/50
L/Lo = 210*1/50 + 1*9/50 + 0.03*30/50 + 250*10/50

  • > M/L 〜 0.015 [Mo/Lo]


なお、今回の計算結果は、ひとつ前のスライドにある「銀河のM/L」に
比べて桁で小さい値になっています。その理由は、実際の銀河では
B型主系列星のようなM/Lの小さい星の割合はこの例よりずっと小さい
ためです（2.4で出てきます）。また、質量として星間物質やダーク
マターを考慮していないことも影響します。

●質問2


質量光度比は楕円銀河や渦巻銀河で変わりますか？
楕円銀河はダークマターが多いと聞いたことがあるので。
また、銀河団や銀河群ではどれくらいになりますか。

●回答


まず前半についてです。


楕円銀河と渦巻銀河とで質量光度比は変わります。
「銀河系と銀河宇宙」p.151の表5-3を参照すると、
楕円銀河ではM/L_B〜9、渦巻銀河ではM/L_B〜5程度です。
（銀河の質量光度比は、どの半径までに含まれる質量と光度を用いて
計算するかで値が変わりますが、この値は、可視光で見える限界くらいの
所までの半径を用いた時の値です。この程度の半径内ではダークマターの
寄与はそれほど大きくはありません。）


この違いは、定性的には、それぞれの銀河を構成する星の
種類の違いによって理解することができます。
渦巻銀河は楕円銀河に比べ、色が青いという特徴があります。
これは、渦巻銀河の方が、O型やB型といった有効温度の高い
主系列星の割合が大きいためです。O、B型星は質量光度比の
小さい星ですから、これらの寄与が大きい渦巻銀河の方が
楕円銀河に比べて、質量光度比が小さくなるというわけです。


なお、典型的な明るさの銀河について、分光観測から星質量を、
重力レンズ効果を利用してダークハロー質量を見積もった文献が
あります。

Mandelbaum et al. 2006, MNRAS, 368, 715
（http://ads.nao.ac.jp/abs/2006MNRAS.368..715M）

これによると、典型的な明るさの銀河については、ダークマターと
星の質量比は楕円や渦巻といった形態によらないようです。


続いて、後半についてです。


銀河群の一例として、局所銀河群の質量光度比を紹介します。
局所銀河群の質量の大部分を担っているのは、銀河系とM31
（アンドロメダ銀河）です。局所銀河群の力学質量は、矮小銀河の
運動を使って求めたこれらの力学質量の和から、〜1.6e+12Mo
と見積もられます。一方、局所銀河群の総光度はL_B〜1e+11Lo
ですから、質量光度比はM/L_B〜12.8となります。
（「銀河II - 銀河系」p.186より）


局所銀河群以外のグループを多数調べた統計によると、銀河群の
平均的な質量光度比は100程度の値になります。

http://ads.nao.ac.jp/abs/1989ApJ...344...57R


銀河団については、観測したバンドは異なりますが、だいたい
a few*10^2程度と見積もられています。


興味があったら、以下の文献を参照してみたり、以下を引用している
文献をあたってみるとよいと思います。

Girardi et al. 2000, ApJ, 530, 62
（http://ads.nao.ac.jp/abs/2000ApJ...530...62G）
Carlberg et al. 1996, ApJ, 462, 32
（http://ads.nao.ac.jp/abs/1996ApJ...462...32C）
Kochanek et al. 2003, ApJ, 585, 161
（http://ads.nao.ac.jp/abs/2003ApJ...585..161K）
Hradecky et al. 2000, ApJ, 543, 521
（http://ads.nao.ac.jp/abs/2000ApJ...543..521H）

さりげなく，本にも触れてみたり（笑）

●質問3


演習2問目におけるヒント（？）がよく聞き取れなかったので
もう一度教えてください。

●回答


私も何を言ったかよく覚えていませんが、いま改めて問題を
見ると、m-M=10.2 とあるのは (m-M)_V=10.2 と書くべきでした。
E(B-V)からR_Vを介してA_Vが求まるので、9枚目のスライドの
式を使えば簡単にできますね。