[論文レビュー] Observational evidence of galaxy assembly bias

Antonio D. Montero-Dorta, E. Pérez+11 more|arXiv (Cornell University)|Apr 28, 2017

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 48被引用数 26

ひとこと要約

本研究では、SDSS-III BOSS調査から得た30万個の明るい赤銀河（LRG）を分析することで、銀河形成バイアスの観測的証拠を提示する。星形成歴とクラスタリング測定を用い、z≈5までに80%の質量を形成する急速成長型LRGは、z≈1.5までに同様の質量に達する遅速成長型と比べて、同程度の星間質量を有するにもかかわらず、はるかに強くクラスタリングしており、大規模構造において密度の高い環境に存在することが判明した。これは、ハロー形成歴が質量以外の要因によって銀河クラスタリングに影響を与えることを示している。

ABSTRACT

We analyze the spectra of 300,000 luminous red galaxies (LRGs) with stellar masses $M_* \gtrsim 10^{11} M_{\odot}$ from the SDSS-III Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS). By studying their star-formation histories, we find two main evolutionary paths converging into the same quiescent galaxy population at $z\sim0.55$. Fast-growing LRGs assemble $80\%$ of their stellar mass very early on ($z\sim5$), whereas slow-growing LRGs reach the same evolutionary state at $z\sim1.5$. Further investigation reveals that their clustering properties on scales of $\sim$1-30 Mpc are, at a high level of significance, also different. Fast-growing LRGs are found to be more strongly clustered and reside in overall denser large-scale structure environments than slow-growing systems, for a given stellar-mass threshold. Our results imply a dependence of clustering on stellar-mass assembly history (naturally connected to the mass-formation history of the corresponding halos) for a homogeneous population of similar mass and color, which constitutes a strong observational evidence of galaxy assembly bias.

研究の動機と目的

• 銀河クラスタリングが全質量に加えて星間質量形成歴に依存するかどうかを調査すること。
• 先行研究における準星系銀河の混入や質量の不一致による、銀河形成バイアスに関する合意のなさを解消すること。
• 形成歴の影響を分離するために、準星系の混入が最小限の均質で大規模なLRGサンプルを用いること。
• クラスタリングの差が星間質量か形成歴かを、ランダム化されたモックサンプルを用いてテストすること。
• 急速成長型LRGが遅速成長型と比較して、質量に依存しない形で密度の高い大規模構造に存在することを確認すること。

提案手法

• BOSS DR12から得た30万個のLRG（M* ≥ 10^11 M☉ かつ 0.5 < z < 0.6）の統合スペクトルに星団合成モデルをフィットして、星形成歴（SFH）を導出する。
• 全スペクトルフィッティングを用いて、銀河を急速成長型と遅速成長型に分類するための星形成歴を導出する。
• 1–30 Mpcのスケールで、投影二点相関関数（w(rp)）を測定し、急速成長型と遅速成長型LRG間のクラスタリング振幅を比較する。
• 各LRG集団と全サンプルとの間の相互相関分析を実施し、環境密度の差を評価する。
• 同一の星間質量を有するが、星形成歴がランダム化されたモックLRGサンプルを生成し、クラスタリングの差が質量に起因するかをテストする。
• 一貫性を保つために、宇宙論パラメータ ΩM=0.307、ΩΛ=0.693、H0=67.8 km s⁻¹ Mpc⁻¹（Planck 2014）およびABマグニチュードを用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 同程度の星間質量を有するが、星形成歴が異なるLRGは、異なるクラスタリング特性を示すか？
• RQ2 急速成長型と遅速成長型LRGの間で観測されたクラスタリング差は、星間質量か形成歴に起因するか？
• RQ3 同質量の銀河において、急速成長型LRGは遅速成長型よりも密度の高い大規模構造に存在するか？
• RQ4 クラスタリング振幅の差は、質量の不一致や系誤差によって説明可能か、それとも銀河形成バイアスを示唆するか？
• RQ5 質量が大きく、静止状態にある銀河において、形成歴が引き起こすハローのバイアス度合いはどの程度か？

主な発見

• 急速成長型LRGはz ≈ 5までに星間質量の80%を形成するが、遅速成長型LRGは同質量に達するまでにz ≈ 1.5に達する。これは2つの異なる進化経路を示している。
• 1–30 Mpcのスケールで、急速成長型LRGのクラスタリング振幅は遅速成長型よりも約20%高いが、有意水準は5σを超えている。
• ランダム化されたモックサンプルを用いた制御分析により、星間質量に依存しないクラスタリング差が確認され、振幅差は5%未満であった。
• 相互相関関数の結果から、急速成長型LRGは全体的に密度の高い大規模構造環境に存在しており、1–30 Mpcスケールで10%高い振幅を示した。
• 観測されたハロー・バイアス比（約10%）は、固定質量下でのハロー濃度および形成時刻依存性の理論的予測と整合的である。
• これらの結果は、均質で大規模かつ中心に集中した銀河集団において、銀河クラスタリングと星間質量形成歴の直接的関連を示す初の観測的証拠を提供する。