[論文レビュー] Looking at the relation between haloes and galaxies under the lens

Eyal Neistein, Sadegh Khochfar|arXiv (Cornell University)|Sep 3, 2012

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、N体シミュレーションを用いて、銀河の星間質量とダークマターのハローおよびサブハローを経験的に結びつけるHASH（ハロ・アバンドンとサブハローに基づく）モデルを導入し、シミュレートされたサブハロー分布からの弱レンズィング信号を直接モデル化する。現在の弱レンズィングデータは、銀河-ハロー質量関係に対して制限された制約しか与えず、与えられた星間質量に対して中心銀河のサブハロー質量に10倍以上の自由度が残っている。一方、将来の高精度レンズィング調査では、低質量銀河の制約が顕著に向上する可能性がある。

ABSTRACT

We use an empirical approach to model the stellar mass of galaxies according to their host dark-matter haloes and subhaloes ('HASH'), where each galaxy resides in a subhalo taken from a large N-body cosmological simulation. This approach allows us to study the mass relation between subhaloes and galaxies (MR) using: the weak lensing signal (WL), the two point auto-correlation function (CF), and the stellar mass function of galaxies (SMF). Our method is based on modeling the lensing signal directly from the cosmological simulation, and should thus be more accurate than other methods based on analytic halo models. We find that the WL does not provide a strong constraint on the MR, allowing for more than a factor of 10 freedom in the subhalo mass of central galaxies, for a given stellar mass. The freedom for satellite galaxies is much larger, providing a very poor constraint on the fraction of satellite galaxies (0.05-0.8). These results are not significantly modified when using both the SMF and WL as constraints. We show that for the most massive galaxies, observational constraints based on the CF with 0.1 dex errors, are equivalent to 0.05 dex error in the WL. For intermediate and low mass galaxies the WL and CF constrain the MR in a different way. Although the WL is currently not adding much information at these masses, it has the potential of being important using future, more accurate measurements. The models found here do not match simultaneously the observed CF and WL signals, and show a limited ability to match the WL & SMF. We suspect that this is partially due to the cosmological model assumed here and we therefore adopt a mock WL signal through most of this work. In comparison to previous models in the literature, the method presented here is probably more general, as it reveals a larger range of solutions for a given set of observational constraints [abridged].

研究の動機と目的

• 直接N体シミュレーション出力に基づいて、銀河の星間質量とハロー／サブハロー質量関係（MR）を一般化された方法でモデル化するための手法を開発すること。
• z=0における観測データを用いて、弱レンズィング（WL）、銀河クラスタリング（CF）、星間質量関数（SMF）がMRに与える制約力の評価を行うこと。
• WLとSMFおよびCFを組み合わせることでMRの制約が改善されるかを検証し、現在の観測精度の限界を特定すること。
• 宇宙論的仮定の下でのモデルの頑健性を検討し、将来の高精度レンズィングデータの可能性を評価すること。

提案手法

• 大規模なN体宇宙論的シミュレーション（ミレニアム・シミュレーション）におけるサブハローに銀河を割り当て、サブハロー質量と銀河の星間質量との経験的関係を用いる。
• 弱レンズィング信号は、固定された降着および準拠質量を持つサブハローの周囲でサブハロー密度プロファイルをスタックすることで、解析的ハロー・モデルの近似を避けて直接シミュレーションからモデル化する。
• 観測的制約（星間質量関数（SMF）、2点相関関数（CF）、弱レンズィング（WL））を用いてMRをキャリブレーションするが、観測されたWLとSMFの不一致を踏まえ、修正されたモックWL信号を採用する。
• ハロー質量チャンクごとに、星間質量対サブハロー質量関係を変化させることで、広範なMR解の探索を行い、デゲネラシー解析を可能にする。
• デゲネラシーは統計的不確実性範囲（例：低質量銀河では0.8デシベルの自由度）を用いて定量化され、SMF、CF、WLの異なる組み合わせにおける制約が評価される。
• ハローおよびサブハロー質量関数、クラスタリング、レンズィングを、シミュレーションからのスタックプロファイルを計算することで扱い、観測結果との直接比較を可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 弱レンズィング信号は、中心および衛星銀河の銀河-ハロー質量関係（MR）をどの程度制約するか？
• RQ2 星間質量関数（SMF）、2点相関関数（CF）、弱レンズィング（WL）の組み合わせによる制約が、MRのデゲネラシーにどのように影響するか？
• RQ3 HASHモデルは、一貫したパラメータセットを用いて、観測されたSMF、CF、WL信号を同時に再現できるか？
• RQ4 将来の弱レンズィング精度が、低・中質量銀河のMRを意味的に制約するにはどの程度の精度が必要か？
• RQ5 宇宙論的仮定や単純化（例：散乱なし、バリオン効果なし）が、MRの制約の信頼性に与える影響はいかほどか？

主な発見

• 弱レンズィング信号は銀河-ハロー質量関係に極めて限定的な制約を与える。与えられた星間質量に対して、中心銀河のサブハロー質量には10倍以上の自由度が許容される。
• 衛星銀河はさらに大きなデゲネラシーを示し、数密度の割合が0.05〜0.8の範囲にわたることから、そのMRに対する制約は非常に弱い。
• SMFおよびCFと組み合わせた場合、弱レンズィングデータの導入はMRのデゲネラシーを顕著に減少させない。これは、現在のところ、マスティブ銀河に対してWLがほとんど情報を持たないことを示唆している。
• マスティブ銀河では、CFの0.1デシベルの誤差が、WLの0.05デシベルの誤差と同等の制約力を持つ。これは、現在の誤差予算下ではCFの方がより強力であることを示している。
• 中質量および低質量銀河では、WLとCFがMRを異なる方法で制約する。今後のWL測定が約0.1デシベルの精度で実現すれば、低質量銀河のMRに対する制約が顕著に改善される可能性がある。
• モデルは観測されたCFとWL信号を同時に再現できず、WLとSMFの両方を再現する能力も限定的である。これはおそらく、宇宙論的モデルの仮定に起因する。したがって、一貫性を保つためにモックWL信号が採用された。