[論文レビュー] Evolution of halo-halo clustering and bias in a LCDM model

Andrey V. Kravtsov, Anatoly Klypin+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 29, 1998

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、ΛCDMフレームワーク下で高解像度N体シミュレーションを用い、ハロー同士のクラスタリングおよびスケール依存性バイアスを調査した。密な領域における過剰合体問題を解消した。銀河サイズのハローはすべての赤方偏移で指数部が約1.6–1.8のべき乗則的相関関数に従い、スケール依存性バイアスは7/h Mpc未満のスケールで顕在化する。z=0および高赤方偏移において、シミュレートされたハロークラスタリングと観測された銀河データの間で良好な一致が得られた。

ABSTRACT

We study the evolution of the halo-halo correlation function and bias in a LCDM model using very high-resolution N-body simulations. The high force and mass resolution allows dark matter (DM) halos to survive in the tidal fields in high-density regions and thus prevents the ambiguities related with the ``overmerging problem.'' Numbers of galaxy-size halos in cluster-like objects in our simulation are similar to the numbers of galaxies observed in real clusters. This allows us to estimate for the first time the evolution of the correlation function and bias at small (down to ~100/h kpc) scales. We compare particle distribution, dark matter correlation function, density profiles, and halo mass function produced with our N-body code and corresponding results of the AP3M simulations. We find that at all epochs the 2-point correlation function of galaxy-size halos xihh is well approximated by a power-law with slope ~1.6-1.8. The difference between the shape of xihh and the shape of the correlation function of matter results in the scale-dependent bias at scales <7/h Mpc, which we find to be a generic prediction of the hierarchical models, independent of the epoch and of the model details. We find that our results agree well with existing clustering data at different redshifts, indicating the general success of the picture of structure formation in which galaxies form inside the host DM halos. Particularly, we find an excellent agreement in both slope and the amplitude between xihh(z=0) in our simulation and the galaxy correlation function measured using the APM galaxy survey. At high redshifts, the observed clustering of the Lyman-break galaxies is also reasonably well reproduced by the models.

研究の動機と目的

• 高解像度シミュレーションを用いて、ΛCDMモデルにおけるハロー同士のクラスタリングおよびバイアスの進化を調査すること。
• 高力および高質量分解能を用いることで、潮汐環境におけるサブハローの人工的合体を回避し、過剰合体問題を克服すること。
• さまざまな赤方偏移における観測データと比較して、シミュレートされたハロークラスタリングを検証すること。
• 銀河がダークマターのハロー内に形成される階層的構造形成モデルの整合性を評価すること。
• 小スケール（約100/h kpc）におけるバイアスのスケール依存性を定量し、時間的進化を評価すること。

提案手法

• 高密度領域におけるダークマターのハローを解像度を高くして解明するため、ΛCDM宇宙論的モデルの非常に高解像度N体シミュレーションを実施した。
• 潮汐環境におけるサブハローの人工的合体を防ぐために、高力および高質量分解能コードを用いた。
• 複数の赤方偏移で2点ハロー同士相関関数（xihh）を測定し、クラスタリングの進化を追跡した。
• シミュレートされたハロー相関関数と物質相関関数を比較して、スケール依存性バイアスを定量化した。
• AP3Mシミュレーションと観測データ（APM調査およびリーマン分光銀河）を用いて結果の妥当性を検証した。
• シミュレーションの信頼性および一貫性を保証するため、密度プロファイル、質量関数、粒子分布を分析した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ΛCDMモデルにおけるハロー同士の相関関数は、時間経過とともにどのように変化するか？
• RQ2 階層的構造形成におけるハローとそれらの背後にある物質との間のバイアスの性質およびスケール依存性は何か？
• RQ3 シミュレートされた銀河サイズのハローは、z=0における観測された銀河クラスタリングの振幅と勾配をどの程度再現できるか？
• RQ4 高解像度シミュレーションは過剰合体問題を解消し、現実的なクラスターライクなハロー集団を生成できるか？
• RQ5 高赤方偏移におけるリーマン分光銀河のクラスタリングは、シミュレートされたハロークラスタリングとどの程度一致するか？

主な発見

• 2点ハロー同士相関関数（xihh）は、研究された全赤方偏移で指数部が約1.6–1.8のべき乗則に従う。
• スケール依存性バイアスは7/h Mpc未満のスケールで顕在化し、時代やモデル詳細に依存しない階層的モデルの一般的な特徴である。
• z=0におけるシミュレートされたハロー相関関数は、APM銀河調査の振幅と勾配の両方と一致しており、観測と強い整合性を示している。
• シミュレーションにおけるクラスターライク構造内に存在する銀河サイズのハローの数は、実際のクラスタ内の観測された銀河数と一致する。
• 高赤方偏移におけるリーマン分光銀河のクラスタリングは、モデルによって妥当に再現されており、ハローに基づく銀河形成像を支持する。
• シミュレーション結果は、粒子分布、物質相関関数、密度プロファイル、質量関数においてAP3Mシミュレーションと良好な一致を示している。