[論文レビュー] Populating HI gas in dark matter halos: I. method

Yi Lu, Xiaohu Yang+5 more|ArXiv.org|Aug 22, 2020

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、銀河の性質（星形成質量、g−r色）とホール質量に依存するHIガス生存効率を組み合わせることで、ダークマターホール内のHIガス含量を予測するハロー基盤モデルを開発した。このモデルは観測されたHI検出率、全HI質量、および衛星割合をうまく再現しており、特に質量の大きなホールでは最大2倍まで過大予測を示す銀河中心モデルを上回る性能を示した。

ABSTRACT

We combine data from the Sloan Digital Sky Survey (SDSS) and the Arecibo Legacy Fast ALFA Survey (ALFALFA) to establish an empirical model for the HI gas content within dark matter halos. A cross-match between our SDSS DR7 galaxy group sample and the ALFALFA HI sources provides a catalog of 16,520 HI-galaxy pairs within 14,270 galaxy groups (halos). Using these matched pairs, we model the HI gas mass distributions within halos using two components: 1) {\it in situ} galaxy relations that involve the HI masses, colors $({ m g-r})$ and stellar masses 2) an {\it ex situ} dependence of the HI mass on the halo mass/environment. We find that if we solely use galaxy associated scaling relations to predict the HI gas distribution (solely component 1), the number of HI detections is significantly over-predicted with respect the ALFALFA observations. We introduce a concept for the survival of the HI masses/members within halos of different masses labelled as the `efficiency' factor, in order to describe the probability that a halo has in retaining its HI detections. Taking the above consideration into account we construct a `halo based HI mass model' which does not only predict the HI masses of galaxies, but also yields similar number, stellar, halo mass and satellite fraction distributions to the HI detections retrieved from observational data.

研究の動機と目的

• HIガス含量を銀河の性質とそのホストハロー環境とに関連付ける統計的モデルを確立すること。
• 銀河のスケーリング関係にのみ依存する場合に生じるHI検出の過大予測を是正すること。
• 特にlog Mh ≥ 12.0の領域で、ホール質量の増加に伴うHIガスの抑制を定量化すること。
• SDSSおよびALFALFAの観測制約を用いて、FASTやSKAのような今後のHI調査を予測するフレームワークを構築すること。

提案手法

• ALFALFAの16,520組のHI-銀河ペアをSDSS DR7の銀河グループとクロスマッチングし、14,270個のグループを含むハロー解像度の高いデータセットを構築した。
• 星形成質量とg−r色を用いた銀河中心のHI質量推定器（モデル1）を開発し、HI質量予測の散乱がσ ≈ 0.25に達するようにした。
• 全SDSSカタログにモデル1を適用した際、特に質量の大きなホールでHI検出の著しい過大予測が生じることを特定した。
• 異なるホール質量におけるHIガスの保持確率をモデル化するための「HI生存効率」要因を導入した。
• イン・スイの銀河関係とエクス・スイのホール質量依存性を組み合わせたハロー基盤モデル（モデル2）を構築し、過大予測を抑制した。
• モックカタログを用いた検証と、ALFALFAのα.100カタログとの比較を通じて、数カウント、HI質量関数、および衛星割合の観点からモデルを検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ銀河中心のHI質量推定器は、ALFALFA観測と比較して、質量の大きなホールではHI検出数を著しく過大予測するのか？
• RQ2 特にlog Mh ≥ 11.0の領域において、銀河グループ内の全HI質量はホール質量の増加に伴いどのように変化するのか？
• RQ3 ホール質量と環境は、銀河グループ内でのHIガスの抑制または保持にどのように寄与するのか？
• RQ4 イン・スイの銀河関係とエクス・スイのハロー依存性を組み合わせたハイブリッドモデルは、観測されたHI統計を正確に再現できるか？
• RQ5 観測データにおいて、HI検出銀河の衛星割合は、ホール質量と星形成質量にどのように依存するか？

主な発見

• 銀河の性質（星形成質量とg−r色）のみに依存するモデル1は、特にlog Mh ≥ 12.0のホールでは、HI検出数を著しく過大予測する。
• ホール質量がlog Mh ≥ 11.0に達すると、グループ内の全HI質量はほぼ一定を保ち、質量の大きなホールでは飽和または抑制効果が顕著に現れている。
• ホール質量に依存する「HI生存効率」要因の導入により、過大予測が効果的に抑制され、モデル結果がALFALFA観測と整合的になる。
• モデル2（ハロー基盤推定器）は、さまざまなホール質量階層において、観測されたHI検出数、全HI質量分布、および衛星割合を高い正確性で再現した。
• モデル2が生成したモックカタログは、数カウント、HI質量関数、および衛星割合の観点でα.100カタログと良好な一致を示したが、モデル1は特に質量の大きなグループで著しい過剰を示した。
• 複数の統計的指標を通じた検証が行われ、本モデルはFASTやSKAのような今後の調査におけるHI含量の予測に適していると評価された。