[論文レビュー] CAMELS Environments: The Impact of Local Neighbours on Galaxy Evolution across the SIMBA, IllustrisTNG, ASTRID, and Swift-EAGLE Simulations

Xavier Sims, Daniel Anglés-Alcázar+7 more|arXiv (Cornell University)|Jan 9, 2026

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 0

ひとこと要約

研究は CAMELS シミュレーションを用いて、4つの銀河形成モデル間で銀河とハローの性質に対する環境効果を比較し、環境の影響はモデル依存的で赤方移動とともに進化することを示している。

ABSTRACT

Internal feedback from massive stars and active galactic nuclei (AGN) play a key role in galaxy evolution, but external environmental effects can also strongly influence galaxies. We investigate the impact of environment on galaxy evolution, and its dependence on baryonic physics implementation, using Cosmology and Astrophysics with MachinE Learning Simulations (CAMELS) spanning a wide range of stellar and AGN feedback implementations in the SIMBA, IllustrisTNG, ASTRID, and Swift-EAGLE galaxy formation models. We show that satellite galaxies are significantly affected by the environment in all simulation models, with their gas fraction and star formation rate (SFR) suppressed in overdense regions compared to similar mass satellites in underdense environments at $z=0$. Central galaxies are less sensitive to environment but tend to show lower gas fraction and SFR in overdense regions at low stellar mass, transitioning to higher gas fraction and SFR for massive galaxies in higher-density environments. Halo baryon fraction ($f_{ m B}$) and circumgalactic medium mass fraction ($f_{ m CGM}$) at $z=0$ show clear environmental effects. In SIMBA, low-mass haloes in overdense regions have systematically lower $f_{ m B}$ and $f_{ m CGM}$ at fixed halo mass, while Swift-EAGLE haloes in overdense regions have systematically higher $f_{ m B}$ and $f_{ m CGM}$ across the full halo mass range, and IllustrisTNG and ASTRID show opposite trends at the low and high mass ends. Environmental effects can flip at higher redshift, with SFR and $f_{ m B}$ increasing with local density in low-mass haloes before quenching at an increasing overdensity threshold. Our results demonstrate that the impact of environment on galaxy evolution depends significantly on galaxy formation model, and higher-density environments can either suppress or enhance star formation depending on galaxy mass and cosmic epoch.

研究の動機と目的

• CAMELS 内の複数の銀河形成モデルにわたり、局所環境が銀河進化に与える影響を調査する。
• 赤方移動 z=0 でのハローのバリオン分率、CGM分率、銀河のガス分率、および SFR の環境影響を定量化し、その赤方移動に伴う進化を評価する。
• 異なる環境定義と質量ビンに対する環境トレンドの頑健性を評価する。

提案手法

• CAMELS の水理シミュレーションで4つの銀河形成モデル：SIMBA、IllustrisTNG、ASTRID、Swift-EAGLE を用いる。
• 2 つの環境指標を採用：delta_N（銀河過剰密度）と D_N,f（近傍ハローへの近さ）、N=10 および N=f=1。
• ハローおよび銀河の性質を計算：ハローのバリオン分率 f_B、CGM分率 f_CGM、銀河のガス分率 f_gas、半星質量半径内の SFR。
• 環境効果を質量依存性から分離するため、固定ハロー/星形成質量ビン内で濃淡域を比較する。
• ブートストラップ中央値、90% 信頼区間、Mann-Whitney-U 検定を用いて有意性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 delta_10 および D_1,1 により定義される局所環境は、CAMELS の異なるモデル間でハローのバリオン分率にどのような影響を与えるか？
• RQ2 SIMBA、IllustrisTNG、ASTRID、Swift-EAGLE で、固定されたハロー/星形成質量に対して CGM 分率と銀河ガス分率は環境とともにどう変化するか？
• RQ3 4つの銀河形成モデルの下で、衛星と中心銀河のSFRに対する環境の影響はどうか？
• RQ4 これらの性質に対する環境効果は赤方移動とともにどのように進化するか？
• RQ5 異なる環境定義に対して環境トレンドはどの程度頑健か？

主な発見

• z=0 において、衛星銀河は過密領域でガス分率とSFR が抑制される。
• 低質量の中心銀河は過密領域でガス分率とSFR が低くなる一方、より大質量の銀河では稠密環境で値が高くなる転換が見られる。
• ハローのバリオン分率 f_B および CGM 分率 f_CGM は環境依存を示し、ハロー質量に対してモデルごとに異なる傾向を示す：SIMBA は低質量ハローで過密領域で f_B および f_CGM が低い、Swift-EAGLE はほとんどの質量範囲で過密領域で f_B および f_CGM が高い、IllustrisTNG および ASTRID は低質量端と高質量端で逆の傾向を示す。
• 環境効果は赤方移動とともに反転する可能性があり、低質量ハローでは局所密度の増加に伴い SFR および f_B が増加する一方、より高い過密閾値で quenched となる。
• 全体として、銀河進化に対する環境の影響は基盤となる銀河形成モデルに強く依存し、密度効果は質量と宇宙時代に応じて星形成を抑制する場合も促進する場合もある。