[論文レビュー] Observed structural parameters of EAGLE galaxies: reconciling the mass-size relation in simulations with local observations

Anna de Graaff, James W. Trayford+4 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 91被引用数 56

ひとこと要約

本研究では、EAGLE銀河のrバンドの模擬画像を放射移動を用いて作成し、ほこりの影響を含めることで、シミュレーションと観測の銀河サイズ-質量関係を一致させた。その後、Sérsicプロファイルフィッティングを用いて構造的パラメータを測定し、観測と同等の手法をとった。その結果、rバンドの半光半径を用いることで、シミュレーションと観測の間のサイズ差をわずか0.1デキシタルにまで縮小し、星形成銀河および静止銀河の両方で顕著な一致が得られた。

ABSTRACT

We use mock images of $z=0.1$ galaxies in the 100 Mpc EAGLE simulation to establish the differences between the sizes and morphologies inferred from the stellar mass distributions and the optical light distributions. The optical, $r$-band images used were constructed with a radiative transfer method to account for the effects of dust, and we measure galaxy structural parameters by fitting S\'ersic models to the images with Galfit. We find that the derived $r$-band half-light radii differ systematically from the stellar half-mass radii, as the $r$-band sizes are typically 0.1 dex larger, and can deviate by as much as $\approx0.5$ dex. The magnitude of this size discrepancy depends strongly on the dust attenuation and star formation activity within the galaxy, as well as the measurement method used. Consequently, we demonstrate that the $r$-band sizes significantly improve the agreement between the simulated and observed stellar mass-size relation: star-forming and quiescent galaxies in EAGLE are typically only slightly larger than observed in the GAMA survey (by 0.1 dex), and the slope and scatter of the local mass-size relation are reproduced well for both populations. Finally, we also compare the obtained morphologies with measurements from GAMA, finding that too few EAGLE galaxies have light profiles that are similar to local early-type galaxies (S\'ersic indices of $n\sim 4$). Despite the presence of a significant population of triaxial systems among the simulated galaxies, the surface brightness and stellar mass density profiles tend to be closer to exponential discs ($n\sim1-2$). Our results highlight the need to measure the sizes and morphologies of simulated galaxies using common observational methods in order to perform a meaningful comparison with observations.

研究の動機と目的

• 宇宙論的シミュレーションにおける銀河サイズの過剰予測問題を解決すること。
• 星の質量分布と光学的光分布の違いが、シミュレーションにおけるサイズ測定に与える影響を調査すること。
• ほこりの減光と測定手法の影響が、シミュレートされた質量-サイズ関係に与える影響を評価すること。
• EAGLE銀河が観測された形態的性質（特にSérsic指数と軸比）をどれだけ再現できるかを評価すること。
• 同じ観測的手法を適用することで、シミュレートされた銀河と観測された銀河の間で公平な、直接比較が可能になるようにすること。

提案手法

• SKIRT放射移動コードを用いて、z = 0.1のEAGLE銀河のrバンド模擬画像を生成し、ほこりの吸収と散乱を含めた。
• SDSSに類似した光度データを模倣するため、現実的なノイズと分解能のマッチングを模擬画像に適用した。
• 同じノイズと分解能を有する星の質量ベースの画像を別途作成し、光学画像との直接比較を可能にした。
• SExtractorを用いて源検出を行い、Galfitを用いて光学画像および質量画像の両方に対してSérsicモデルをフィッティングし、半光半径および半質量半径を抽出した。
• Sérsic指数、軸比、表面輝度プロファイルを測定し、シミュレーションと観測の間の形態的差を比較した。
• 観測されたGAMA調査データとシミュレーションデータの系統的比較を実施し、特に質量-サイズ関係および構造的パラメータに注目した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 模擬光学画像から得られるrバンドの半光半径は、EAGLEシミュレーションにおける星の半質量半径と比べてどのように異なるか？
• RQ2 ほこりの減光とM*/L勾配が、シミュレートされた銀河のサイズ推定にどの程度影響を及えるか？
• RQ3 模擬観測データにSérsicプロファイルをフィッティングすることで、シミュレートされた質量-サイズ関係と観測結果との一致が向上するか？
• RQ4 Sérsic指数および軸比分布の観点から、EAGLE銀河は観測された局所銀河と形態的に整合性を持つだろうか？
• RQ5 シミュレーションの解像度、フィードバックモデル、圧力フロアが、クラシカルなバルジ的銀河の不足にどの程度寄与しているか？

主な発見

• rバンドの半光半径は平均して星の半質量半径よりも0.1デキシタル大きいが、M*/L勾配の影響により、外れ値は最大0.5デキシタルまでずれることがある。
• rバンド半径と質量ベースのサイズの差は、主にほこりの減光、星形成活動、測定手法に起因している。
• Sérsicフィッティングによりrバンド半光半径を用いることで、星形成銀河および静止銀河の両方において、シミュレートされた質量-サイズ関係がGAMA観測結果と0.1デキシタル以内に一致した。
• 観測された質量-サイズ関係の勾配と散らばりは、観測的手法を適用したEAGLEでもよく再現された。
• EAGLE銀河はSérsic指数が約4のバルジ的構造を欠いており、表面輝度および質量密度プロファイルが過剰にディスク的（n ≈ 1–2）である。
• 質量の大きな静止銀河では、観測された対応物よりも三重対称性が強く、同じSérsic指数において中央軸比の中央値が低く、球状の、くびれのない形態が不足している。