[論文レビュー] A Research Note on the Implementation of Star Formation and Stellar Feedback in Semi-Analytic Models

Fabio Fontanot, G. De Lucia+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 17, 2013

Inertial Sensor and Navigation被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、N体シミュレーションから得た同一のダークマター銀河団合木を用いて、半解析的モデル（SAMs）における異なる星形成および超新星駆動フィードバックの設定が、銀河の性質に与える影響を調査する。一貫した全体的傾向（例えば、高温ガス分率の上昇と寒冷ガス分率の低下）が見られる一方で、特にミルキーウェイに類似した質量領域では、星形成率や星質量に顕著な違いが生じ、ダラム型モデルはミュンヘンおよびmorganaモデルと比較して著しく低い星形成率と星質量を示す。

ABSTRACT

We study the impact of star formation and stellar feedback prescriptions on galaxy properties predicted by means of "stripped-down" versions of independently developed semi-analytic models (SAMs). These include cooling, star formation, feedback from supernovae (SNe) and simplified prescriptions for galaxy merging, but no chemical evolution, disc instabilities or AGN feedback. We run these versions on identical samples of dark matter (DM) haloes extracted from high-resolution N-body simulations in order to perform both statistical analysis and object-by-object comparisons. We compare our results with previous work based on stripped-down versions of the same SAMs including only gas cooling, and show that all feedback models provide coherent modifications in the distribution of baryons between the various gas phases. In particular, we find that the predicted hot gas fractions are considerably increased by up to a factor of three, while the corresponding cold gas fractions are correspondingly decreased, and a significant amount of mass is ejected from the DM halo. Nonetheless, we also find relevant differences in the predicted properties of model galaxies among the three SAMs: these deviations are more relevant at mass scales comparable to that of our own Galaxy, and are reduced at larger masses, confirming the varying impact of stellar feedback at different mass scales. We also check the effect of enhanced star formation events (i.e. starbursts modes), defined in connection with galaxy mergers. We find that, in general, these episodes have a limited impact in the overall star formation histories of model galaxies, even in massive DM halos where merger-driven star formation has often been considered very important.

研究の動機と目的

• 星形成および星間フィードバックの設定が、他の物理的過程に依存せずに半解析的モデル（SAMs）における銀河性質に与える影響を分離して評価すること。
• フィードバックおよび星形成の異なるモデリング選択が、ガス相（寒冷、高温、放出済み）および星質量分布に与える影響を評価すること。
• 合体駆動星形成バーストモードが銀河の星形成歴および質量構築に与える役割を評価すること。
• 同一のダークマター銀河団合木を用いて、独立に開発された3つのSAM（ミュンヘン、morgana、ダラム型）の予測を比較すること。
• 特にミルキーウェイ質量付近のスケールで、フィードバックモデルのアーキテクチャに起因する銀河性質の感度を定量化すること。

提案手法

• ガス冷却、星形成、SNフィードバック、および簡略化された銀河合体を含む、3つのSAM（ミュンヘン、morgana、ダラム型）の簡素化版を構築した。
• 高解像度N体シミュレーション（ミレニアムおよびミレニアム-II）から抽出した同一の団合木を用い、ダークマター銀河団の進化を一貫させた。
• 2モード星形成スキームを採用：『静穏モード』（標準）と『バーストモード』（銀河合体に伴い無限大またはゼロの合体時間で発動）。
• 寒冷ガス分率、高温ガス分率、星質量、放出ガス質量といった主要な銀河性質の赤方偏移依存性を追跡した。
• 統計的分析と個別対象比較を実施し、フィードバックおよび星形成設定に起因する差を分離した。
• 同じモデルの「冷却のみ」バージョンと比較することで、フィードバックの影響を隔離した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 異なる星形成および超新星フィードバックの設定が、ダークマター銀河団内でのバリオンの寒冷ガス、高温ガス、放出ガス相への分配に与える影響は何か？
• RQ2 モデル固有のフィードバックおよび星形成スキームが、銀河の星質量および星形成率に対する予測にどれほど異なる影響を及えるか？
• RQ3 合体駆動星形成バーストモードは、特にミルキーウェイに類似した銀河団において、全星形成歴にどの程度寄与しているか？
• RQ4 特にミルキーウェイ質量付近において、異なるモデル間で予測される銀河性質はどのように変化するか？
• RQ5 合体駆動バーストモードを含めることで、同様の質量を持つ銀河団の間で予測される星質量の散らばりが減少するか？

主な発見

• 星形成およびSNフィードバックは、冷却のみのモデルと比較して、ダークマター銀河団内の高温ガス分率を最大3倍まで上昇させ、寒冷ガス分率を低下させる。
• ダラム型フィードバックスキームは、最も高い高温ガス分率を示し、寒冷ガスの急速な枯渇を引き起こし、結果として一貫して低い星形成率および星質量を予測する。
• morganaおよびミュンヘンモデルは、z ≥ 2 の領域でミルキーウェイに類似した銀河団において平均星形成率で良好な一致を示すが、低赤方偏移では乖離が生じ、最終的なz=0の星質量にはわずかな差にとどまる。
• 銀河合体に伴うバーストモードは、中心銀河の質量構築レートを最大で2倍まで上昇させるが、全SFR予算に与える影響は限定的である。
• 合体駆動バーストを含めることで、同じ質量の銀河団において固定赤方偏移での星質量予測の散らばりが減少し、質量構築に安定化効果があると考えられる。
• バリオン再分配に一貫した傾向が見られる一方で、各モデルが寒冷ガス、高温ガス、放出ガスの赤方偏移依存的変化パターンを独自に示しており、予測がフィードバックモデルのアーキテクチャに極めて敏感であることが浮き彫りになった。