[論文レビュー] Evolution of the galaxy merger rate in model universes

A. Mateus|ArXiv.org|Feb 20, 2008

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、ミレニアム・シミュレーションに適用された半アナリティカル銀河形成モデルにおける銀河合体率の進化を分析し、z=0からz=2にかけて(1+z)^0.6–0.8の速度で増加することを明らかにした。これは観測結果と一致し、弱くほぼ平坦な進化を示している。Bowerらのモデルは観測されたペア率と合体率をよく再現しているが、De Lucia & Blaizotのモデルはほぼ一定の率を予測し、同じハロー合体率を示してもモデル依存の差異が顕在化している。

ABSTRACT

We investigate the evolution of the galaxy merger rate predicted by two semi-analytical galaxy formation models implemented on the Millennium Simulation of dark matter structure growth. The fraction of merging galaxy pairs at each time-step of the simulation is derived from the galaxy catalogues obtained by the models and the results are compared with various observational estimates of merger fractions taken from the literature. We find a good match between the pair fractions derived from the simulation and the observed counting of galaxy pairs obtained by different sources in the redshift range 0 < z < 1.2. The predicted evolution of the number of galaxy mergers per Gyr grows with redshift as an exponential rate proportional to (1+z)^m, with m ranging from 0.6 to 0.8 for 0 < z < 2, depending on the luminosity and mass ratios of the merging galaxies. Our results are in agreement with recent observational results that argue for a flat evolution in the fraction of galaxy mergers since z ~ 1.2. The weak evolution predicted for the galaxy merger rate in an hierarchical model universe shows that the mass assembly evolution of galaxies through mergers does not follow the rapid evolution of the halo merger rate obtained in previous studies.

研究の動機と目的

• 階層的CDM宇宙における半アナリティカル銀河形成モデルが予測する赤方偏移による銀河合体率の進化を評価すること。
• 0 < z < 2の範囲で、シミュレーションによる銀河合体率およびペア率を観測推定値と比較すること。
• 階層的モデルにおいて銀河合体率がダークマターハロー合体率よりも遅く進化する理由を調査すること。
• 異なる銀河形成モデル（BowerらとDe Lucia & Blaizot）が、合体率および合体分率に関する観測的制約とどの程度整合しているかを評価すること。

提案手法

• ミレニアム・シミュレーションに適用された2つの半アナリティカルモデル（Bower et al. 2006およびDe Lucia & Blaizot 2007）の銀河カタログおよび合体木を用いる。
• 空間的接近度と質量比（例：4:1、6:1、10:1）に基づき、シミュレーション内での銀河ペアを特定し、合体率を推定する。
• 合体率Γ_mrg（Gyr⁻¹単位）を赤方偏移の関数として計算し、累乗則に適合：Γ_mrg ∝ (1+z)^m。
• 近接ペアカウントおよび形態的非対称性を用いた調査から得られる観測推定値と、シミュレーションによるペア率および合体率を比較する。
• マジョル合体を定義するための質量比のしきい値を適用し、その影響が導かれる合体率の進化に与える影響を評価する。
• ハローおよび準ハローを特定するためにSUBFINDアルゴリズムを用い、銀河の時間的進化を追跡する合体木を構築する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ミレニアム・シミュレーションに基づく半アナリティカルモデルにおける銀河合体率は、赤方偏移とともにどのように変化するか？
• RQ2 予測された合体率およびペア率は、赤方偏移範囲0 < z < 2において、どの程度観測推定値と一致するか？
• RQ3 階層的モデルにおいてなぜ銀河合体率はダークマターハロー合体率よりも遅く進化するのか？
• RQ4 異なる銀河形成モデル（Bowerら対比 De Lucia & Blaizot）は、合体率の進化予測においてどのように異なるか？
• RQ5 どの質量比しきい値が観測結果と整合する合体率の進化を生じるか？

主な発見

• Bowerらのモデルにおける銀河合体率は、M_B^lim = -19.5の場合はΓ_mrg ∝ (1+z)^0.767、M_B^lim = -20.0の場合は(1+z)^0.596に従い、さまざまな明るさおよび質量比選択においてmが0.6から0.8の範囲に収まる。
• Bowerらのモデルは、z < 1.2の赤方偏移範囲において、Pattonら（1997）、Le Fèvreら（2000）、Linら（2004）の調査から得られた観測ペア率と良好な一致を示している。
• De Lucia & Blaizot（2007）のモデルはほぼ一定の合体率（m ≈ 0）を予測しており、これは観測結果およびBowerらのモデルとは一致せず、合体率予測にモデル依存のバイアスがあることを示唆している。
• 合体率の進化は質量比しきい値に敏感である：10:1ではm = 0.59、6:1ではm = 0.63、4:1ではm = 0.68であり、しきい値に関わらず弱くほぼ平坦な進化が示唆される。
• 銀河合体率の弱い進化（m ≈ 0.6–0.8）は、ハロー合体率の急激な進化（m ≈ 2–3）と対照的であり、銀河合体がハロー合体率を直接反映しないことを確認している。
• 最近の観測結果が示すように、z ≈ 1.2以降の合体分率はほとんど進化していない（m ≈ 0.5–1）ことが支持され、Bowerらのモデルが観測結果とより整合的であることが裏付けられている。