[論文レビュー] Connecting the Physical Properties of Galaxies with the Overdensity and Tidal Shear of the Large-Scale Environment

Jounghun Lee, Cheng Li|ArXiv.org|Mar 12, 2008

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、SDSSおよび2MRSデータを用いて、銀河の物理的性質と大規模構造環境の相関関係を調査し、過密度および潮汐ひずみを用いて環境を定量化する。銀河の明るさと星族質量は環境と強く相関しており、星形成歴の指標（色、D(4000)）は構造よりも大規模過密度に依存する。また、潮汐ひずみは特に準線形領域（δ_LS ≈ 1）で銀河の性質と関連しており、初期条件が銀河-環境関係を形作っている可能性を示唆する。

ABSTRACT

We have examined the correlations between the large-scale environment of galaxies and their physical properties, using a sample of 28,354 nearby galaxies drawn from the Sloan Digital Sky Survey, and the large-scale tidal field reconstructed in real space from the 2Mass Redshift Survey and smoothed over a radius of $\sim 6 h^{-1}$Mpc. The large-scale environment is expressed in terms of the overdensity, the ellipticity of the shear and the type of the large-scale structure. The physical properties analyzed include $r$-band absolute magnitude $M_{^{0.1}r}$, stellar mass $M_\ast$, $g-r$ colour, concentration parameter $R_{90}/R_{50}$ and surface stellar mass density $μ_\ast$. Both luminosity and stellar mass are found to be statistically linked to the large-scale environment, regardless of how the environment is quantified. More luminous (massive) galaxies reside preferentially in the regions with higher densities, lower ellipticities and halo-like structures. At fixed luminosity, the large-scale overdensity depends strongly on parameters related to the recent star formation history, that is colour and D(4000), but is almost independent of the structural parameters $R_{90}/R_{50}$ and $μ_\ast$. All the physical properties are statistically linked to the shear of the large-scale environment even when the large-scale density is constrained to a narrow range. This statistical link has been found to be most significant in the quasi-linear regions where the large-scale density approximates to an order of unity, but no longer significant in highly nonlinear regimes with $δ_{ m LS}\gg 1$.

研究の動機と目的

• 銀河の物理的性質と過密度や潮汐ひずみといった大規模環境パラメータとの統計的関連を調査すること。
• 銀河の性質が初期宇宙のコスモロジー的条件に由来するのか、あるいは単に非線形的進化過程に起因するのかを特定すること。
• 局所的密度効果を超えて、大規模潮汐場が銀河の性質に果たす役割を評価すること。
• 銀河のクラスタリングおよび物理的性質が、大規模構造のタイプ（ハロー、フィラメント、ボイド）によってどのように変化するかを検討すること。

提案手法

• 赤方偏移 z ≤ 0.04 の近傍銀河 28,354 個のスローン・デジタル・スカイ・サーベイ（SDSS）データを用いた。
• 2マス赤方偏移サーベイ（2MRS）から、約 6h⁻¹ Mpc のスムージングを施した実空間の大規模潮汐場を再構築し、過密度およびひずみテンソル成分を計算した。
• 環境を3つの指標で定量化した：大規模過密度（δ_LS）、潮汐ひずみテンソルの離心率、大規模構造タイプ（ハロー、フィラメント、ボイド）。
• 銀河の物理的性質（rバンド絶対等級 M_r⁰.¹、星族質量 M_*、g−r色、集中度 R₉₀/R₅₀、D(4000)バースト、表面星族質量密度 μ_*）と環境パラメータとの相関を分析した。
• ひずみと構造タイプの効果を分離するために、明るさと過密度の狭い範囲に制限して解析を行った。
• 特に準線形領域と高非線形領域の異なる密度領域において、相関の有意性を統計的検定で評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河の明るさと星族質量は、大規模過密度および潮汐ひずみとどのように相関するか？
• RQ2 構造的パラメータとは独立して、銀河の星形成歴の指標（色、D(4000)）は大規模環境とどの程度関連しているか？
• RQ3 過密度を一定に保った状態で、銀河の性質と潮汐ひずみの相関は有意か？
• RQ4 銀河-環境関連の強さは、大規模密度の状態（例：δ_LS ≈ 1 と δ_LS ≫ 1）によって変化するか？
• RQ5 明るさを固定した場合、ハロー、フィラメント、ボイドの各大規模構造タイプにおける銀河の性質はどのように異なるか？

主な発見

• 明るさと星族質量は、環境の定量化方法に関わらず、大規模環境と統計的に関連しており、より明るく、質量の大きな銀河は、高過密度、低離心率、ハロー型領域に偏って存在する。
• 明るさを一定にした場合、大規模過密度は星形成歴の指標（g−r色と D(4000)）に強く依存するが、構造的パラメータ（R₉₀/R₅₀ と μ_*）にはほとんど依存しない。
• 過密度を制約した状態でも、銀河の物理的性質は大規模環境の潮汐ひずみと統計的に関連しており、特に δ_LS ≈ 1 の準線形領域で最も有意な相関が観測された。
• 高非線形領域（δ_LS ≫ 1）では、潮汐ひずみとの相関が薄れるため、密集した環境では小スケールの非線形プロセスが支配的であると考えられる。
• ハロー型大規模構造は、D(4000) と表面星族質量密度が最も高く、ボイド銀河は最も低く、フィラメント銀河は全体平均に近い値を示す。
• 結果から、初期宇宙のコスモロジー的条件、特に大規模潮汐場が、銀河-環境関連の確立に非可視的寄与を果たしている可能性が示唆され、非線形進化に依存するという従来の図式に疑問を呈する。