[論文レビュー] Quenching of satellite galaxies of Milky Way analogues: reconciling theory and observations

Andreea S. Font, Ian G. McCarthy+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 13, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 57被引用数 39

ひとこと要約

本研究では、SAGA調査における表面輝度および明るさの限界といった選択効果が、最近合併された星形成中でない衛星の検出に偏る傾向があることを示すことによって、宇宙論的シミュレーションと観測結果の見かけの矛盾を解消した。ARTEMISシミュレーションにこれらの観測選択効果を適用したところ、予測される消滅率の割合が観測されたSAGAデータと一致し、ΛCDMフレームワーク下での銀河円盤類縁の理論と観測が一致した。

ABSTRACT

The vast majority of low-mass satellite galaxies around the Milky Way and M31 appear virtually devoid of cool gas and show no signs of recent or ongoing star formation. Cosmological simulations demonstrate that such quenching is expected and is due to the harsh environmental conditions that satellites face when joining the Local Group (LG). However, recent observations of Milky Way analogues in the SAGA survey present a very different picture, showing the majority of observed satellites to be actively forming stars, calling into question the realism of current simulations and the typicality of the LG. Here we use the ARTEMIS suite of high-resolution cosmological hydrodynamical simulations to carry out a careful comparison with observations of dwarf satellites in the LG, SAGA, and the Local Volume (LV) survey. We show that differences between SAGA and the LG and LV surveys, as well as between SAGA and the ARTEMIS simulations, can be strongly reduced by considering differences in the host mass distributions and (more importantly) observational selection effects, specifically that low-mass satellites which have only recently been accreted are more likely to be star-forming, have a higher optical surface brightness, and are therefore more likely to be included in the SAGA survey. This picture is confirmed using data from the deeper LV survey, which shows pronounced quenching at low masses, in accordance with the predictions of LCDM-based simulations.

研究の動機と目的

• 銀河円盤類縁における矮星衛星の消滅が高水準に予測される宇宙論的シミュレーションと、SAGA調査で観測された低消滅率の間にある乖離を解消すること。
• 特に表面輝度および明るさの限界といった観測選択効果が、SAGA調査が最近合併された星形成中でない衛星の検出に偏るかどうかを調査すること。
• シミュレーションと観測の間でホスト質量分布の違いが、消滅率の観測に顕著な不一致を引き起こす要因となるかを評価すること。
• 高解像度ARTEMISシミュレーションを用いて、現実的な選択基準を適用した場合に消滅予測が観測結果と一致するかを検証すること。
• より深いローカルボリューム（LV）調査データを用いて予測を検証し、低質量領域で顕著な消滅が観測されることを確認し、シミュレーションと整合性をとること。

提案手法

• 銀河円盤質量のホストをもつ衛星銀河をモデル化するために、高解像度の宇宙論的流体力学的シミュレーションARTEMISを用いる。
• SAGA調査の観測選択基準（明るさおよび表面輝度の限界）を、シミュレートされた衛星集団に適用する。
• H𝛼等価幅およびg−i色を星形成の指標として用い、SAGAおよびローカルボリューム（LV）調査からの観測された消滅率とシミュレーションの消滅率を比較する。
• 観測サンプルとシミュレーションサンプルの間でホスト質量関数の違いを補正するため、シミュレーションを観測されたホスト質量関数に再重み付けする。
• 表面輝度、合併時刻、および消滅状態の関係を分析し、観測選択効果の物理的要因を特定する。
• より深いLV調査をベンチマークとして用い、シミュレーション予測の妥当性を検証し、表面輝度限界が消滅測定に与える影響を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜSAGA調査の観測では、銀河円盤類縁の矮星衛星の消滅率がローカルグループの観測と比べて顕著に低いのか？
• RQ2 特に表面輝度および明るさの限界といった観測選択効果が、SAGAのような調査における衛星銀河の検出にどの程度偏るのか？
• RQ3 シミュレーションと観測の間でホスト質量分布の違いが、消滅率の比較にどのような影響を及ぼすのか？
• RQ4 現実的な観測選択効果を適用した場合、ARTEMISシミュレーションが観測された消滅率を再現できるか？
• RQ5 高表面輝度と最近の合併の間にある観測された相関の物理的起源は何か？

主な発見

• SAGAの表面輝度および明るさの選択基準をARTEMISシミュレーションに適用した結果、低質量衛星（M∗ < 10⁸ M⊙）の予測される消滅率が観測値とよく一致し、以前の矛盾が解消された。
• シミュレーションでは、M∗ < 10⁸ M⊙の矮星衛星のうち60％以上が銀河円盤質量のホストの周囲で消滅していると予測され、ローカルグループの観測と整合的である。
• MV ≈ −12 から −14 の明るさ範囲にある星形成中衛星は、高い表面輝度（μr,𝑒 > ∼25 mag arcsec⁻²）を示し、浅い調査（SAGAなど）でより検出されやすくなる。
• シミュレーションに表面輝度限界（∼25 mag arcsec⁻²）を適用すると、低質量領域での推定される消滅率がほぼ半減する。これは、消滅した衛星が優先的に除外されるためである。
• ホスト質量分布は消滅率に顕著な影響を与える：固定された矮星質量で、ホスト質量が高いほど消滅した衛星の割合が高くなる。
• MV ≈ −12 から −14 の範囲で表面輝度が高い衛星は最近合併されたが、表面輝度が低い衛星は以前に合併された。これは、おそらくランプ圧力剥がしによる消滅が表面輝度の変化を引き起こしている可能性を示唆している。