[論文レビュー] Accreted or Not Accreted? The Fraction of Accreted Mass in Galaxies from Simulations and Observations

Rhea–Silvia Remus, Duncan A. Forbes|arXiv (Cornell University)|Jan 28, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 3被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、磁気的宇宙論的シミュレーションMagneticumを用いて約500個の銀河における、在地生成と降着した星の質量の半径分布を分析し、70%の銀河が在地生成と降着支配の間で1つの遷移半径を持つことが判明した。一方10%は全域で降着支配であり、13%は2つの遷移半径を持つ。主な発見は、観測された表面輝度プロファイルの谷が真の降着遷移を示すのではなく、乾燥した小規模合体の歴史を反映していることである。これは、降着質量分率を推定するための二重Sérsicフィットが代替手段として不適切であることを示している。

ABSTRACT

In the two-phase scenario of galaxy formation, a galaxy's stellar mass growth is first dominated by in-situ star formation, and subsequently by accretion. We analyse the radial distribution of the accreted stellar mass in ~500 galaxies from the hydrodynamical cosmological simulation Magneticum. Generally, we find good agreement with other simulations in that higher mass galaxies have larger accreted fractions, but we predict higher accretion fractions for low-mass galaxies. Based on the radial distribution of the accreted and in-situ components, we define 6 galaxy classes, from completely accretion dominated to completely in-situ dominated, and measure the transition radii between in-situ and accretion-dominated regions for galaxies that have such a transition. About 70% of our galaxies have one transition radius. However, we also find about 10% of the galaxies to be accretion dominated everywhere, and about 13% to have two transition radii, with the centre and the outskirts both being accretion dominated. We show that these classes are strongly correlated with the galaxy merger histories, especially with the mergers' cold gas fractions. We find high total in-situ (low accretion) fractions to be associated with smaller, lower mass galaxies, lower central dark matter fractions, and larger transition radii. Finally, we show that the dips in observed surface brightness profiles seen in many early-type galaxies do not correspond to the transition from in-situ to accretion-dominated regions, and any inferred mass fractions are not indicative of the true accreted mass. Instead, these dips contain information about the galaxies' dry minor merger assembly history.

研究の動機と目的

• 高解像度の宇宙論的シミュレーションを用いて、銀河における降着対在地生成星質量の半径分布を特定すること。
• 在地生成と降着質量の半径にわたる支配的領域に基づいて銀河を分類し、明確な構造的クラスを特定すること。
• 合体歴、特に冷たいガス分率が銀河の構造的プロファイルに与える影響を調査すること。
• 観測された表面輝度プロファイルの谷が、初期型銀河における真の降着質量分率を推定するのに有効かどうかを検証すること。
• 3次元質量プロファイルと投影された2次元表面輝度プロファイルを比較し、降着成分を追跡するための二重Sérsicフィッティングの信頼性を評価すること。

提案手法

• Magneticum水力学的宇宙論的シミュレーションを用いて約500個の銀河をシミュレートし、空間的各位置における星質量の起源（在地生成対降着）を追跡する。
• 在地生成または降着質量の半径的支配に基づいて6つの銀河クラスを定義し、1つまたは2つの遷移半径を持つものも含む。
• 在地生成と降着支配の明確な遷移を示す銀河について、その遷移半径を測定する。
• 3次元星質量密度プロファイルを2次元表面輝度プロファイルに投影し、観測データと比較する。
• 投影された2次元プロファイルに二重Sérsicプロファイルをフィットし、そのブレーク半径が真の3次元の在地生成と降着成分間の遷移半径と一致するかを比較する。
• 構造的クラスと合体歴データ（特に合体イベントにおける冷たいガス分率）を相関させ、主な形成経路を特定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 在地生成と降着質量支配の間で、1つ、2つ、あるいは遷移半径を持たない銀河の割合はどの程度か？
• RQ2 銀河質量、中心のダークマター分率、および合体歴は、在地生成と降着質量分布に基づく構造的クラスとどの程度相関するか？
• RQ3 観測された2次元表面輝度プロファイルの谷が、真の3次元の在地生成と降着質量成分間の遷移半径に対応する程度はどの程度か？
• RQ4 観測された表面輝度プロファイルに二重Sérsicフィットを適用することで、初期型銀河における真の降着質量分率を信頼性を持って推定できるか？
• RQ5 乾燥した小規模合体およびミニ合体は、銀河の外側星のハローおよびプロファイル特徴をどのように形成するか？

主な発見

• シミュレーションされた銀河の約70%が、在地生成と降着支配の間で1つの遷移半径を持つが、10%は全域で降着支配であり、13%は中心部と外縁部の両方で降着支配の2つの遷移半径を持つ。
• 在地生成分率が高い（降着が低い）銀河は一般的に低質量であり、半質量半径が小さく、中心のダークマター分率がやや低い傾向を示すが、最も在地生成支配の強い銀河では、通常の銀河よりも中心のダークマター分率が高い。
• 在地生成と降着支配の遷移半径は、星質量に対して弱い逆相関を示すが、最も一般的な銀河クラスでは在地生成分率と強く相関する。
• シミュレーションから得られた2次元表面輝度プロファイルは二重Sérsicフィットを必要とするが、そのブレーク半径は真の3次元の在地生成と降着成分間の遷移半径とほとんど一致しない。
• 観測された表面輝度プロファイルに見られる谷は、在地生成から降着支配への真の遷移を示すものではなく、質量の大きな合体によって形成されたコアから、乾燥した小規模およびミニ合体によって形成されたハローへの遷移を示している。
• したがって、観測プロファイルに二重Sérsicフィットを適用することは、真の降着質量分率を信頼できる指標とはならないが、乾燥合体のアセンブリ歴に関する情報は含んでいる可能性がある。