[論文レビュー] Caught in the rhythm II: Competitive alignments of satellites with their inner halo and central galaxy

Charlotte Welker, Chris Power+4 more|arXiv (Cornell University)|Dec 21, 2017

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 7被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、Horizon-AGN宇宙論的流体力学シミュレーションを用いて、赤方偏移 0.3–0.8 の範囲で、衛星銀河が中心銀河およびホストハローのスピンおよび短軸とどのように整列するかを定量的に評価した。質量の大きなハロー（$10^{12.5}-10^{13.5}M_\bigodot$）では、バリオン核反動および回転の豊富な降着が原因で、衛星は中心銀河の平面と特に整列する傾向がある。一方、ハローの三重対称性および宇宙の網目構造のフィラメントが、より大きな半径域で整列を支配し、単純なハロー形状の追跡を損なう。

ABSTRACT

The anisotropic distribution of satellites around the central galaxy of their host halo is well-documented. However the relative impact of baryons and dark matter in shaping this distribution is still debated. Using the simulation Horizon-AGN, the angular distribution of satellite galaxies with respect to their central counterpart and halo is quantified. Below one Rvir, satellites cluster more strongly in the plane of the central, rather than merely tracing the shape of their host halo. This is due to the increased isotropy of inner haloes acquired through their inside-out assembly in vorticity-rich flows along the cosmic web. While the effect of centrals decreases with distance, halos' triaxiality increases, impacting more and more the satellite's distribution. Effects become comparable just outside one virial radius. Above this scale, the filamentary infall also impacts the satellites distribution, dominating above two virial radii. The central's morphology plays a governing role: the alignment w.r.t. the central plane is four times stronger in haloes hosting stellar discs than in spheroids. But the impact of the galactic plane decreases for lower satellite-to-central mass ratios, suggesting this might not hold for dwarf satellites of the Local group. The orientation of the Milky-Way's satellites traces their cosmic filament, their level of coplanarity is consistent with systems of similar mass and cosmic location in Horizon-AGN. However, the strong impact of galactic planes in massive groups and clusters bounds the likelihood of finding a relaxed region where satellites can be used to infer halo shape. The minor-to-major axis ratios for haloes with log(M0/Msun)>13.5 is underestimated by 10%. This error soars quickly to 30-40% for individual halo measurements.

研究の動機と目的

• 宇宙の時間経過に伴い、衛星銀河が中心銀河およびホストハローの形状とどのように競合的に整列するかを定量すること。
• バリオン、ハローの三重対称性、および宇宙の網目構造のフィラメントが衛星の角度分布をどのように形作っているかを分離すること。
• 特に質量の大きな系において、衛星分布がホストハローの短軸対長軸比を信頼性を持って反映しているかどうかを評価すること。
• 中心銀河の形態（ディスク型対球状）が衛星整列に与える影響と、観測的推論に与える意味を評価すること。
• ミルキーウェイの衛星平面が、同様の宇宙的環境下での宇宙論的シミュレーションの予測と整合しているかどうかをテストすること。

提案手法

• 自己一貫性のあるバリオン物理学とダークマターを有する大規模な宇宙論的流体力学シミュレーションであるHorizon-AGNシミュレーションを用いた。
• ダークマター粒子と星形成粒子をそれぞれ用いてハローおよび中心銀河を同定し、それらのスピンおよび短軸の向きを計算した。
• 半径スケールに応じて、中心銀河およびホストハローに対する衛星分布を追跡し、内側（≤1 Rvir）と外側（>1 Rvir）の領域を区別した。
• 衛星整列に及ぼすフィラメント降着の影響を評価するため、密度リッジのネットワークとして宇宙の網目構造を抽出した。
• 信号対ノイズを向上させ、特に質量の大きなクラスタに対して平均的な整列傾向を定量化するために、質量チャンクに分けてハローをスタックした。
• シミュレートされた衛星の共面性および整列状態を、観測されたミルキーウェイの衛星分布および宇宙フィラメントの幾何学と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 衛星銀河は、異なる半径スケールで、ホストハローおよび中心銀河のスピンおよび短軸とどのように整列するか？
• RQ2 バリオンプロセス（特に中心銀河のディスク形成）が、ハロー形状と比較して、衛星が銀河平面と整列するのをどの程度強化するか？
• RQ3 宇宙の網目構造のフィラメント的構造が、1つのバリアル半径を超えて衛星分布に与える影響は何か？
• RQ4 衛星分布は、特に質量の大きなクラスタにおいて、ホストハローの短軸対長軸比を信頼性を持って推定できるか？
• RQ5 観測されたミルキーウェイの衛星の平面的整列は、同様の宇宙的環境下での宇宙論的シミュレーションの予測と整合しているか？

主な発見

• 中心銀河質量の5%以上の衛星は、ハロー形状よりも中心銀河の平面に強くクラスタリングする。特に1バリアル半径以内で顕著である。
• ディスク型ハローを有する系では、球状ハローと比較して、中心銀河の平面との整列が4倍強い。内側ハローの楕円度は類似している。
• 質量が $10^{12.5}M_\bigodot < M_0 < 10^{13.5}M_\bigodot$ のハローにおいて、衛星がハローの短軸と整列する割合は、ディスク型ハローで球状ハローの40%高い。
• 1バリアル半径を超える領域では、ハローの三重対称性が衛星整列を支配し、距離とともに増大し、中心銀河の影響と同等の大きさに達する。
• 質量 $M_0 > 10^{13.5}M_\bigodot$ のスタックされたハローでは、短軸対長軸比が10%低く推定されるが、個々のハロー測定では10–30%の低減が生じる。
• ミルキーウェイの衛星平面の方位は、同様の質量および宇宙的位置にあるシミュレーションと整合しており、局所的な宇宙フィラメントのスフィンに沿っている。