矮椭球星系的结构与暗晕核性质

本文研究了矮椭球星系 (dSphs) 的结构及其暗物质晕核性质。一个嵌入在等温暗晕核中的等温恒星系统的双等温模型，能够极好地拟合各种观测到的恒星面密度分布。该恒星系统可以用具有广泛集中度参数 $c$ 分布的 King 轮廓很好地表征。恒星系统的核尺度长度 $a_*$ 对中心暗物质密度 $\rho_0$ 敏感。与单组分系统相反，恒星系统的截断半径 $r_{s_t}$ 并不追踪潮汐半径，而是追踪其暗物质晕的核半径 $r_c$。因此，$c$ 对恒星与暗物质速度弥散之比 $\sigma_*/\sigma_0$ 敏感。我们推导了简单的经验关系式，使得在给定可观测量 $\sigma_*$、$a_*$ 和 $c$ 的情况下，能够计算暗晕核参数 $\rho_0$、$r_c$ 和 $\sigma_0$。DIS 模型被应用于银河系的 dSphs。它们的晕速度弥散位于 $10\,\mathrm{km/s} \le \sigma_0 \le 18\,\mathrm{km/s}$ 的狭窄范围内，晕核半径为 $280\,\mathrm{pc} \le r_c \le 1.3\,\mathrm{kpc}$，且 $r_c=2a_*$。所有 dSphs 都紧密遵循相同的普适暗晕核标度关系 $\rho_0 \cdot r_c = 75\,M_\odot/\mathrm{pc}^2$，该关系表征了跨越多个数量级质量的更大质量星系的核。暗物质核质量是核半径的强函数。然而，在固定半径 $r_u$ 内（其中 $r_u$ 为 dSph 核半径的对数平均值），总 enclosed 质量 $M_u$ 大致恒定，尽管可能存在离群值。对于我们的 dSphs，我们发现 $r_u=400\,\mathrm{pc}$ 且 $M_u=2.6\times 10^7\,M_\odot$。银河系 dSphs 的核密度非常高，达到 $\rho_0=0.2\,M_\odot/\mathrm{pc}^3$。因此它们应当未受潮汐扰动。若存在潮汐效应的观测证据，则可能对冷暗物质模型构成严峻挑战。