[論文レビュー] Mass distribution and accretion of sub-halos

Yun Li, H. J. Mo|ArXiv.org|Aug 3, 2009

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ひとこと要約

本研究では、冷たい暗黒物質ハロ内の異なる合体タイプにおける未発達準ハロー質量関数（USMF）を分析するためにミレニアム・シミュレーションを用いた。主枝合体とすべての前身準ハローのUSMFは、ホストハロー質量や赤方偏移に依存せず普遍的であることが確認された一方、生存準ハローは潮汐破壊のため非普遍的であることが示され、クラスターサイズのハローでは最大30％が準準ハローであり、主に低赤方偏移（z < 1）で合体が発生している。

ABSTRACT

We use the "Millennium Simulation" to study the mass function of accreted sub-halos during merger events in the dark halo assembly history. Our study includes three kinds of sub-halo mergers: (1) mergers that happen to the main progenitor of dark halos; (2) mergers that happen on the entire merging history tree of dark halos; and (3) mergers that leave identifiable sub-halos in present-day dark halos. We estimate the unevolved sub-halo mass functions (USMFs), for which sub-halo masses are measured at the times of their accretion. For sub-halos that merge into the main branch of a present-day dark halo, their USMF can be well described by a universal functional form, in excellent agreement with previous results. The same conclusion can also be reached for the USMF of all progenitors that have merged to become sub-halos during the entire halo merging history. In both cases, the USMFs are also independent of the redshift of host halos. Due to tidal disruption, only a small fraction of the accreted halos survive as sub-halos identifiable in the present-day dark halos. In cluster-sized halos, about 30% of the survived sub-halos are sub-subhalos, and this fraction decreases with decreasing halo mass. For given halo and sub-halo masses, the accretion time has very broad distribution, but the survived sub-halos are all accreted quite recently.

研究の動機と目的

• ダークハロー形成の過程で合体された準ハローの未発達準ハロー質量関数（USMF）を定量化すること。主に3つの合体タイプに注目：主枝合体、すべての前身合体、生存準ハロー。
• USMFがホストハロー質量や赤方偏移に依存するかどうかを特定し、銀河形成モデルにおける仮定に疑問を呈すること。
• 潮汐破壊が現在の時点で観測可能な準ハロー集団の構造に与える影響を調査すること。
• 合体の赤方偏移の統計的分布と、生存準ハローに占める準準ハローの割合を評価すること。
• 特にハロー合体歴と準ハロー統計に依存する銀河進化モデルに与える影響を評価すること。

提案手法

• ミレニアム・シミュレーションの高解像度N体シミュレーションデータを用い、すべての前身木にわたる準ハロー合体歴を追跡する。
• 準ハローの合体時における質量（未発達質量）を測定し、異なる合体カテゴリの未発達準ハロー質量関数（USMF）を構築する。
• 準ハロー合体の赤方偏移分布を分析するための確率密度関数（PDF）を適用し、半数の準ハローが合体される中央赤方偏移を含む。
• 準ハローの合体経路に基づき分類：主枝対準枝、および潮汐破壊を経験して生存したか、破壊されたかを区別する。
• ホストハロー質量（10^12.1から10^14.5 h⁻¹ M☉）と赤方偏移にわたるUSMFを比較し、普遍性を検証する。
• 統計的分析を用いて、生存準ハローに占める準準ハローの割合と、ホストハロー質量に依存する度合いを定量化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ダークハローの主枝に合体された準ハローの未発達準ハロー質量関数（USMF）は、ホストハロー質量や赤方偏移に依存せず普遍的であるか？
• RQ2 ホストハローの全形成歴にわたって合体したすべての準ハローのUSMFも、ホストの性質にかかわらず普遍的形状を示すか？
• RQ3 潮汐破壊は生存準ハロー集団にどのように影響を及ぼすか？特に、それらのうち何パーセントが準準ハロー（すなわち、準ハローの準ハロー）を占めるか？
• RQ4 準ハロー合体の赤方偏移分布はどのようなものか？特に現在に至るまで生存した準ハローの場合は、合体の好ましい時期（エポック）があるか？
• RQ5 合体された準ハローの性質、とりわけ質量と合体時刻が、異なるホストハロー質量や合体歴によってどの程度変動するか？

主な発見

• ダークハローの主枝に合体された準ハローの未発達準ハロー質量関数（USMF）は、ホストハロー質量および赤方偏移に依存せず普遍的であり、以前の結果を確認した。
• ホストハローの全形成歴にわたって合体したすべての準ハローのUSMFも普遍的であり、ホストハロー質量や赤方偏移に依存しない。
• 最終ホストハロー質量の1％または0.1％の準ハローでは、主枝ではなく準枝経由での合体が同程度または2倍程度多く発生しており、非主枝前身からの寄与が顕著であることが示された。
• 生存準ハローのUSMFは潮汐破壊のため非普遍的である。クラスターサイズのハロー（10^14.5 h⁻¹ M☉）では、生存準ハローの最大30％が準準ハローであり、ホストハロー質量が小さくなるとこの割合は減少する。
• 準ハロー合体は広い赤方偏移範囲にわたって発生するが、生存準ハローは主に低赤方偏移（z < 1）で合体しており、動的進化による強い選別効果が示唆される。
• 特定のホストハローと準ハロー質量に対しては、合体赤方偏移の分布が非常に広がっており、全体的な階層的傾向にもかかわらず、準ハローの侵入が確率的であることが強調される。