[論文レビュー] Fossil groups in the Millennium simulation. From the brightest to the faintest galaxies during the past 8 Gyr

María José Kanagusuku, Eugenia Díaz-Giménez+1 more|Americanae (AECID Library)|Nov 18, 2015

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 46被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、ミレニアム・シミュレーションIIと半解析的銀河モデルを用いて、過去8ギガ年間にわたり、化石群と非化石群における明るい銀河およびかすかな銀河の進化を調査した。その結果、化石群は約35億年前に早期で急速な合体が起きたため、大規模な等級差が形成され、それが今日まで続く特徴的な明るさのサンプリングを生じさせた。かすかな銀河の数は、初期に安定化した後、急激に増加しており、これは早期の合体率によって形作られた特異な形成歴を示している。

ABSTRACT

We investigate the evolution of bright and faint galaxies in fossil and non-fossil groups. We used mock galaxies constructed based on the Millennium run simulation II. We identified fossil groups at redshift zero according to two different selection criteria, and then built reliable control samples of non-fossil groups that reproduce the fossil virial mass and assembly time distributions. The faint galaxies were defined as having r-band absolute magnitudes in the range [-16,-11]. We analysed the properties of the bright and faint galaxies in fossil and non-fossil groups during the past 8 Gyr. We observed that the brightest galaxy in fossil groups is typically brighter and more massive than their counterparts in control groups. Fossil groups developed their large magnitude gap between the brightest galaxies around 3.5 Gyr ago. The brightest galaxy stellar masses of all groups show a notorious increment at that time. By analysing the behaviour of the magnitude gap between the first and the second, third, and fourth ranked galaxies, we found that at earlier times, fossil groups comprised two large brightest galaxies with similar magnitudes surrounded by much fainter galaxies, while in control groups these magnitude gaps were never as large as in fossils. At early times, fossil groups in the faint population were denser than non-fossil groups, then this trend reversed, and finally they became similar at the present day. The mean number of faint galaxies in non-fossil systems increases in an almost constant rate towards later times, while this number in fossil groups reaches a plateau at $z\sim0.6$ that lasts $\sim 2$ Gyr, and then starts growing again more rapidly. The formation of fossil groups is defined at the very beginning of the groups according to their galaxy luminosity sampling, which could be determined by their merging rate at early times.

研究の動機と目的

• 化石群の形成および進化を、非化石群の対照群と比較することで理解すること。
• 化石群における銀河の明るさのサンプリングが、初期の合体歴によって決定されるかどうかを調査すること。
• 宇宙の時間経過に伴う、化石群および非化石群における明るい（等級差）およびかすかな（M_r ∈ [-16,-11]）銀河の進化を分析すること。
• Jonesら（2003）とDariushら（2010）の異なる化石群選定基準（ΔM12 > 2 と初期集積時間に基づく基準）が、顕著に異なる進化傾向をもたらすかどうかを検証すること。
• 環境要因および吸着が、化石系におけるかすかな銀河の数密度および分布をどのように形作っているかを評価すること。

提案手法

• 銀河形成の半解析的モデルを用いたミレニアム・ラン・シミュレーションIIのモック銀河を使用した。
• z=0における化石群の特定に、2つの基準を用いた：古典的基準（ΔM12 > 2）およびDariushら（2010）の基準（初期集積時間に基づく）。
• 化石群と同等の準拡散質量および集積時間分布を持つ非化石群の対照群を構築した。
• z ≈ 1からz = 0にかけて、化石群および対照群における最も明るい銀河（BGG）およびかすかな銀河（M_r ∈ [-16,-11]）の進化を追跡した。
• 最初位の銀河と2番目、3番目、4番目の銀河との間の等級差（ΔM12、ΔM13、ΔM14）を時間経過とともに分析した。
• 赤方偏移のビンごとに、化石群および対照群におけるかすかな銀河の数密度プロファイルおよび平均数密度を比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 化石群は非化石群よりも、大規模な等級差を早期に形成したのか。その形成を引き起こした要因は何か？
• RQ2 初期の宇宙的時期において、化石群と非化石群における明るい銀河およびかすかな銀河の明るさのサンプリングはどのように異なっていたか？
• RQ3 早期の合体率が、化石系における特徴的な銀河集団の進化をどのように形作ったのか？
• RQ4 なぜ、かすかな銀河の数が、z ≈ 0.6までほぼ一定に保たれ、その後急激に増加するのか。非化石群とはなぜ異なるのか？
• RQ5 異なる化石群選定基準（Jonesら 2003 と Dariushら 2010）が、銀河集団の推定される進化歴にどの程度影響を及ぼすのか？

主な発見

• 化石群における1番目と2番目の銀河の間の等級差は、約35億年前に形成された。これは、最も明るい銀河の星間質量に顕著な増加と一致している。
• 初期の時点（z ≳ 0.7）において、化石群は対照群よりも大きな等級差を示しており、初期から顕著な明るさのサンプリングが見られた。
• z ≳ 0.7の段階で、化石群におけるかすかな銀河集団は対照群よりも密度が高かったが、z ≈ 0.3–0.5の時点でこの傾向が逆転し、対照群が密度が高くなった。
• 化石群におけるかすかな銀河の平均数は、z ≈ 0.6でプラトーに達し、約20億年間ほぼ一定に保たれた後、急激に増加した。これは、対照群の均一な増加とは顕著に異なる。
• Dariushら（2010）の選定基準は、古典的Jonesら（2003）基準よりも初期に集積が進んでおり、より質量の大きな最も明るい銀河を持つ化石系を特定している。
• 化石群と対照群におけるかすかな銀河の数の進化は顕著に異なっている：化石群は吸着が減少したため初期に安定化するが、対照群は均一に増加する。これは、環境的要因または吸着歴の違いを示唆している。