[論文レビュー] An HSC view of the CMASS galaxy sample. Halo mass as a function of stellar mass, size and Sérsic index

Alessandro Sonnenfeld, Wenting Wang|Leiden Repository (Leiden University)|Nov 12, 2018

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 72被引用数 10

ひとこと要約

本研究では、深さのあるHSC画像測光および弱引力レンズを用いて、CMASS銀河のダークマター準拠の質量が星の質量、サイズ、Sérsic指数の関数として測定された。その結果、準拠質量は星の質量に比例して $ M_{\text{halo}} \propto M_*^{1.7} $ と scales するが、星の質量が固定されたとき、サイズやSérsic指数に顕著な依存性は認められず、高質量準拠でサイズ成長がより効率的であるというモデルを排する。

ABSTRACT

Aims. We wish to determine the distribution of dark matter halo masses as a function of the stellar mass and the stellar mass profile, for massive galaxies in the BOSS CMASS sample. Methods. We use grizy photometry from HSC to obtain Sérsic fits and stellar masses of CMASS galaxies for which HSC weak lensing data is available, visually selected to have spheroidal morphology. We apply a cut in stellar mass, $\log{M_*/M_\odot} > 11.0$,selecting $\sim$10, 000 objects. Using a Bayesian hierarchical inference method, we first investigate the distribution of Sérsic index and size as a function of stellar mass. Then, making use of shear measurements from HSC, we measure the distribution of halo mass as a function of stellar mass, size and Sérsic index. Results. Our data reveals a steep stellar mass-size relation $R_e \propto M_*^{β_R}$, with $β_R$ larger than unity, and a positive correlation between Sérsic index and stellar mass: $n \propto M_*^{0.46}$. Halo mass scales approximately with the 1.7 power of the stellar mass. We do not find evidence for an additional dependence of halo mass on size or Sérsic index at fixed stellar mass. Conclusions. Our results disfavour galaxy evolution models that predict significant differences in the size growth efficiency of galaxies living in low and high mass halos.

研究の動機と目的

• マスティブなCMASS銀河におけるダークマター準拠質量が星の質量、サイズ、Sérsic指数とどのように相関するかを特定すること。
• 低質量準拠と高質量準拠でサイズ成長の効率が異なると予測する銀河進化モデルを検証すること。
• 深さのあるHSC測光および弱レンズデータを用いたベイズ的階層的推論により、準拠質量の測定精度を向上させること。
• 約10,000個の視覚的に選別された球状CMASS銀河（$ \log M_* / M_\odot > 11.0 $）における星の質量-サイズ-Sérsic指数関係を調査すること。

提案手法

• HSC $grizy$ 測光から得られたSérsic指数、半光半径、星の質量の同時分布をモデル化するためにベイズ的階層的推論を適用した。
• 銀河の光分布をモデル化するためにSérsicおよびSersic-Exponential (SerExp) プロファイルのフィットを用い、星の質量とサイズを導出した。
• HSCからの弱レンズのずれ測定値を組み合わせ、CMASS銀河周囲のダークマター準拠質量の分布を推定した。
• 測定誤差を考慮した上で、スタックド弱レンズ分析を実施し、星の質量、サイズ、Sérsic指数の関数としての準拠質量を測定した。
• 準拠質量推定に及ぼす系としての影響を評価するため、SérsicプロファイルとSerExpプロファイルの異なる表面輝度プロファイルモデルの結果を比較した。
• $ \Omega_M = 0.3 $、$ H_0 = 70 \, \text{km} \, \text{s}^{-1} \, \text{Mpc}^{-1} $ の平坦な $ \Lambda $CDM 宇宙論を用いた。

Figure 1: Colour-composite images in HSC- $irg$ bands of a set of 20 galaxies drawn randomly from the sample used for our study. We used the algorithm of Marshall et al. ( 2016 ) to create the images.

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CMASS銀河の星の質量-サイズ関係は、そのSérsic指数にどのように依存するか？
• RQ2 星の質量が固定されたとき、準拠質量と銀河サイズの間に顕著な相関があるか？
• RQ3 CMASS銀河のSérsic指数は星の質量と相関しており、その影響が準拠質量スケーリングに及ぼす影響は何か？
• RQ4 異なる表面輝度プロファイルモデル（Sérsic対SerExp）が、推定された準拠質量分布に及ぼす影響はどの程度か？
• RQ5 弱レンズに基づく準拠質量推定値は、CMASSサンプルにおける銀河クラスタリングに基づく推定値とどのように比較できるか？

主な発見

• CMASS銀河の星の質量-サイズ関係は非常に急勾配であり、$ R_e \propto M_*^{\beta_R} $ と表され、$ \beta_R > 1 $ である。これは質量に伴う強いサイズ進化を示唆する。
• Sérsic指数は星の質量に比例して $ n \propto M_*^{0.46} $ と増加し、星の質量が固定されたとき、サイズはSérsic指数と正の相関を示す。
• 準拠質量は星の質量に比例して $ M_{\text{halo}} \propto M_*^{1.7} $ とスケーリングし、強いが非線形なスケーリングであることを示す。
• 星の質量が固定されたとき、準拠質量にサイズやSérsic指数の顕著な依存性は認められず、高質量準拠でもサイズ成長がより効率的であるとは言えない。
• 弱レンズとクラスタリングに基づく準拠質量推定値の差異（0.2–0.3 dex）は、主に測光モデリングや表面輝度プロファイルの仮定の違いに起因すると考えられる。
• 特にSérsicとSerExpモデルの間で大半の半径で表面輝度プロファイルを外挿する際の系統的不確実性が、将来的な高精度測定の主な障壁である。

Figure 2: Posterior probability distribution of the stellar population parameters of an example galaxy. The three different contour levels mark the 68%, 95% and 99.7% enclosed probability regions.