[論文レビュー] Relations Between Environments of Quasars and Galaxy Formation

Motohiro Enoki, Masahiro Nagashima+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 1, 2002

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 64被引用数 24

ひとこと要約

本研究では、冷たいダークマターの階層的クラスタリングフレームワーク内において、半解析的モデルを用い、クェเซアの活動と銀河形成、特にマジョルメルジネーションによるセフェイド構造の形成を結びつける。予測では、z ≈ 0.2–0.5 のクェゼアは主に銀河グループに存在するが、z ≈ 1–2 ではグループからクラスタまで広範な環境に分布するとされ、今後の観測的制約によるクェゼア形成モデルの検証が可能となる。

ABSTRACT

We investigate the environments of quasars such as number distribution of galaxies using a semi-analytic model which includes both galaxy and quasar formations based on the hierarchical clustering scenario. We assume that a supermassive black hole is fueled by accretion of cold gas and that it is a source of quasar activity during a major merger of the quasar host galaxy with another galaxy. This major merger causes spheroid formation of the host galaxy. Our model can reproduce not only general form of the galaxy luminosity functions in the local Universe but also the observed relation between a supermassive black hole mass and a spheroid luminosity, the present black hole mass function and the quasar luminosity functions at different redshifts. Using this model, we predict the mean number of quasars per halo, bias parameter of quasars and the probability distribution of the number of galaxies around quasars. In our model, analysis of the mean number of quasars per halo shows that the spatial distribution of galaxies is different from that of quasars. Furthermore, we found from calculation of the probability distribution of galaxy numbers that at $0.2 \lesssim z \lesssim 0.5$, most quasars are likely to reside in galaxy groups. On the other hand, at $1 \lesssim z \lesssim 2$ most quasars seem to reside in more varied environments than at a lower redshift; quasars reside in environments ranging from small groups of galaxies to clusters of galaxies. Comparing these predictions with observations in future will enable us to constrain our quasar formation model.

研究の動機と目的

• クェゼアの環境と銀河形成の間の物理的関係、特にセフェイド構造の形成を理解すること。
• 階層的クラスタリングのシナリオ内での銀河およびクェゼア形成の統一的モデルを構築すること。
• 赤方偏移にわたるクェゼアの周囲の銀河の空間的分布と、ハローごとのクェゼア平均数を予測すること。
• クェゼアの環境が、クェゼアの燃料供給およびブラックホール成長の物理的メカニズムを制約できるかどうかを検証すること。
• 特に大規模クェゼアサーベイを用いた今後の観測的比較のための定量的予測を提供すること。

提案手法

• モデルは、冷たいダークマター（CDM）宇宙論的フレームワークと階層的構造形成に基づく半解析的手法を採用している。
• 銀河およびクェゼア形成は、ダークマターハローのモンテカルロ・メルジングツリーを用いてシミュレートされ、ガス冷却、星形成、超新星フィードバックは簡略化された方程式でモデル化されている。
• クェゼア活動は、ホスト銀河のマジョルメルジネーションによって誘発され、冷たいガスが中心に駆り込まれ、超大質量ブラックホールの降着を駆動する。
• ガス還流（R = 0.25）と再加熱効率（β）のパラメータを用いた即時再循環近似を用いた星形成およびガス進化スキームをモデルに組み込んでいる。
• 主な出力として、異なる赤方偏移におけるクェゼアの等価光度関数、ブラックホール質量関数、銀河光度関数があり、これらはすべて局所観測と比較されている。
• モデルは、ハローごとのクェゼア平均数、クェゼア周囲の銀河数の確率分布、および空間的銀河-クェゼア相互相関関数を計算している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 階層的銀河形成モデルにおいて、クェゼアの環境は赤方偏移とともにどのように変化するか？
• RQ2 異なる赤方偏移におけるクェゼア周囲の銀河分布は予測されるか。また、観測結果とどのように比較できるか？
• RQ3 マージネーション駆動型クェゼア燃料供給モデルは、観測されたクェゼアおよびブラックホール質量関数を再現できるか？
• RQ4 階層的構造形成の文脈において、セフェイド形成とクェゼア活動との間に物理的リンクがあるか？
• RQ5 モデル内でのクェゼアのバイアスおよびクラスタリング特性は、銀河とどのように異なるか？

主な発見

• モデルは、局所銀河光度関数、ブラックホール質量–セフェイド光度関係、現在のブラックホール質量関数、および複数の赤方偏移におけるクェゼア光度関数を成功裏に再現している。
• 赤方偏移 0.2 ≲ z ≲ 0.5 の範囲では、モデルは大多数のクェゼアが銀河グループに存在すると予測しており、低赤方偏移観測と整合的である。
• より高い赤方偏移（1 ≲ z ≲ 2）では、クェゼアは小規模なグループから豊かなクラスタまで広範な環境に分布すると予測され、環境の多様性が顕著である。
• 銀河の空間的分布はクェゼアとは異なることが判明し、クェゼアが全銀河分布の単なるトレーサーではないことが示唆された。
• クェゼア周囲の銀河数の確率分布は、高赤方偏移で二峰性または広がったピークを示し、多様なメルジング環境を反映している。
• モデルはクェゼアに非自明なバイアスパラメータを予測しており、これは特に高赤方偏移で、クェゼアが通常の銀河よりも強くクラスタリングしていることを示唆している。