[論文レビュー] Compact Groups in GDM Cosmological Simulations

Jessica N. López-Sánchez, Erick Munive-Villa+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 1, 2022

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 68被引用数 2

ひとこと要約

本研究では、音速、粘性、状態方程式の自由関数を備えたコールド・ダーク・マター（CDM）の拡張版である一般化されたダーク・マター（GDM）モデルにおけるN体シミュレーションを用いて、ヒクソンコンパクトグループ（HCG）を調査した。小スケールの準位構造が抑制されているにもかかわらず、GDMシミュレーションではCDMよりも多くのHCGが生成され、これはクラスタリング機構が変更されていることを示唆しているが、シミュレートされた速度分散は観測値と顕著に低いままである。

ABSTRACT

In this work, we study some properties of the Hickson Compact Groups (HCGs) using N-body simulations for the Generalized Dark Matter (GDM) model, described by three free functions, the sound speed, the viscosity and the equation of state. We consider three GDM models associated with different values of the free functions to neglect collisional effects. We constructed the initial seeds of our simulations according to the matter power spectrum of GDM linear perturbations, which hold a cut-off at small scales, and explored their effects on the non-linear structure formation at small and intermediate scales. We generated mock catalogues of galaxies for different models and classify HCGs by implementing an algorithm that adapts the original selection method for mock catalogues. Once the HCGs samples are classified, we analyzed their properties and compared them between models. We found that a larger amount of HCGs are counted in GDM simulations in comparison to CDM counts. This difference suggests that HCGs can proliferate within GDM despite the suppressed substructure, which indicates a possible modification in the HCG formation process within models where DM is not perfectly like CDM. Additionally, we identified different mechanisms of clustering, for models with a large amount of galaxy-halos self-agglomerate because of their abundance while models with fewer galaxy-halos need massive halos acting as a dominant potential well. Finally, by comparing distributions of different observables of simulated HCGs against observations, we found a good agreement in the intrinsic properties. However, a discrepancy in the velocity dispersion remains unsolved.

研究の動機と目的

• 一般化されたダーク・マター（GDM）モデル（非ゼロの音速および粘性を有する）が、標準的なCDMと比較してヒクソンコンパクトグループ（HCG）の形成および性質に与える影響を調査すること。
• GDMモデルにおける小スケール構造の抑制が、HCGの数およびクラスタリング機構に与える影響を調査すること。
• 質量、密度、速度分散、通過時間などのシミュレートされたHCGの性質を観測データと比較し、モデルの妥当性を評価すること。
• GDMおよびCDMモデルにおけるHCGの赤方偏移依存的変化を分析し、形成ピークおよび時間的傾向を特定すること。
• 特に自己凝集とポテンシャル井戦型クラスタリングの両方を含む、異なるGDMモデルにおける特徴的なクラスタリング機構を同定すること。

提案手法

• 非ゼロの音速による小スケールカットを有するGDMの線形物質パワースペクトルを用いて初期条件を構築した。
• 音速、粘性、状態方程式が異なる3つのGDMモデルと標準的なCDMシミュレーションを用いてN体シミュレーションを実行した。
• ハロ粒子からハロ占有分布（HOD）に類似した手法を用いて、銀河をハロに割り当てるモック銀河カタログを生成した。
• 元のヒクソン選別アルゴリズムの適応版を用い、孤立性、コンパクトネス、質量比（N ≥ 4 または N = 3）などの基準を満たすHCGを分類した。
• 核密度推定およびヒストグラム比較を用いて、質量、密度、速度分散、通過時間の各分布について、シミュレートされたHCGと観測されたHCGとの一致度を評価した。
• 赤方偏移z = 6からz = 0にかけてHCGの数を追跡し、時間的変化および形成ピークを分析した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 小スケール構造が抑制されているGDMモデルでは、CDMと比較してヒクソンコンパクトグループ（HCG）は多くなるか、それとも少なくなるか？
• RQ2 小スケール構造の抑制度が異なるGDMモデルにおいて、支配的なクラスタリング機構は何か？
• RQ3 シミュレートされたHCGの固有性質（質量、密度、速度分散、通過時間）は、観測されたHCGとどのように比較されるか？
• RQ4 GDMおよびCDMモデルにおけるHCGの数のピークはどの赤方偏移で発生し、それらの形成歴史の違いは何か？
• RQ5 なぜシミュレートされたHCGの速度分散は観測値と顕著に低く保たれているのか？この不一致はモデル依存的か？

主な発見

• GDM Iシミュレーションでは、小スケール準位構造が少ないにもかかわらず、CDMよりも多くのHCGが生成され、HCG形成が高密度準位構造の存在に完全に依存しているわけではないことを示唆している。
• GDM IIIシミュレーションでは、初期段階から著しく少ないHCGが生成され、高い粘性および音速がグループ形成を抑制しており、観測結果と最も乖離しているモデルである。
• N = 4の場合、GDM IはCDMよりも高いHCG数を示し、GDM IIはCDMと同等の水準である。N = 3の場合、CDMが優勢であり、GDM IおよびGDM IIはそれに近いが、GDM IIIは著しく低い。
• 質量および密度分布に関して、シミュレートされたHCGは観測データと良好な一致を示しており、1次元および2次元ヒストограмおよび核密度推定によって裏付けられた。
• 速度分散における一貫した不一致が残っており、シミュレートされた値は観測されたHCGと常に顕著に低い。これは先行研究とも一致し、本研究でも解消されていない。
• CDM、GDM I、GDM IIにおけるHCG数は、ほぼ同じ赤方偏移（z ≈ 0）でピークを示し、最大値に至るまでの平坦な変化段階を示す。一方、GDM IIIは最小の成長を示し、全期間を通じて低水準のまま維持される。