[論文レビュー] Orphan galaxies in semi-analytic models

Facundo M. Delfino, Claudia G. Scóccola+3 more|arXiv (Cornell University)|Feb 3, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 2被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、動的摩擦、潮汐質量損失、および近接合体基準を組み込んだ計算的に効率的な半解析的モデルを提示し、宇宙論的シミュレーションにおけるオーファン銀河の追跡を可能にする。高解像度シミュレーションを用いたハロ質量関数および二点相関関数の制約のもとでキャリブレーションされた結果、両指標ともそれぞれ5%および10%の精度で再現された。

ABSTRACT

We present an updated model for the evolution of the orbits of to be used in the SAG semi-analytical model of galaxy formation and evolution. In cosmological simulations, orphan galaxies are those satellite galaxies for which, due to limited mass resolution, halo finders lose track of their dark matter subhalos and can no longer be distinguished as self-bound overdensities within the larger host system. Since the evolution of orphans depends strongly on the orbit they describe within their host halo, a proper treatment of their evolution is crucial in predicting the distribution of subhalos and satellite galaxies. The model proposed takes into account the dynamical friction drag, mass loss by tidal stripping and a proximity merger criterion, also it is simple enough to be inexpensive from a computational point of view. To calibrate this model, we apply it onto a dark matter only simulation and compare the results with a high resolution simulation, considering the halo mass function and the two-point correlation function as constraints. We show that while the halo mass function fails to put tight constraints on the dynamical friction, the addition of clustering information helps to better define the parameters of the model related to the spatial distribution of subhalos. Using the model with the best fit parameters allows us to reproduce the halo mass function to a precision better than 5 per cent, and the two point correlation function at a precision better than 10 per cent.

研究の動機と目的

• 低解像度シミュレーションでダークマター準位相のサブハロが失われた場合に生じるオーファン銀河の取り扱いを、半解析的銀河形成モデルで改善すること。
• オーファン銀河の進化が軌道力学に強く依存するが、サブハロが解像度で解体された場合にその軌道が適切に追跡されないという課題に対処すること。
• 物理的に妥当でありながら計算コストが低いモデルを開発し、動的摩擦、潮汐ストリッピング、合体イベントといった主要な力学的プロセスを捉えること。
• ハロ質量関数および二点相関関数といった観測可能な量を用いて、モデルの自由パラメータを制約するためのキャリブレーションを行うこと。

提案手法

• モデルは、ハロ密度プロファイルに基づく動的摩擦力を利用した半解析的手法により、オーファン銀河の軌道進化を追跡する。
• 潮汐ストリッピングによる質量損失は、軌道半径と時間の関数としてモデル化され、時間とともにサブハロ質量が減少する。
• 二つのサブハロが距離と相対速度に基づいて合体するかどうかを判断する近接合体基準を実装する。
• モデルはダークマターのみのシミュレーションでテストされ、ハロ質量関数および二点相関関数を制約として、高解像度シミュレーションと比較してキャリブレーションされた。
• パラメータフィッティングを実施し、観測されたクラスタリングおよび質量関数統計を再現する能力を最適化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 オーファン銀河の軌道をモデル化する半解析的モデルは、ハロ質量関数および二点相関関数をどの程度の精度で再現できるか？
• RQ2 ハロ質量関数とクラスタリング統計が、オーファン銀河モデルのパラメータを同時にどの程度制約できるか？
• RQ3 動的摩擦、潮汐ストリッピング、および近接合体を組み込んだシンプルなモデルが、最小限の計算コストで高解像度シミュレーションの結果を再現できるか？
• RQ4 軌道情報が、低解像度シミュレーションにおけるサブハロ分布の予測精度を向上させる役割を果たすか？

主な発見

• 最適フィットパラメータを用いることで、ハロ質量関数は5%未満の精度で再現された。
• 同じキャリブレーション済みパラメータを用いることで、二点相関関数も10%未満の精度で再現された。
• ハロ質量関数だけでは動的摩擦パラメータに対して弱い制約しか得られないが、クラスタリング情報の追加によりパラメータキャリブレーションが著しく向上した。
• 軌道力学、潮汐ストリッピング、および合体基準を組み込むことで、低解像度シミュレーションでサブハロの識別が失われた場合でも、サブハロの空間的分布を正確に追跡できるようになった。