[論文レビュー] SDSS-IV MaNGA: Cannibalism Caught in the Act -- on the Frequency of Occurrence of Multiple Cores in Brightest Cluster Galaxies

Yun-Hsin Hsu, Yen‐Ting Lin+17 more|arXiv (Cornell University)|Dec 20, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 116被引用数 7

ひとこと要約

本研究は、SDSS-IV MaNGA調査の積分場分光計測データを用いて、最も明るい銀河団銀河（BCG）における複数核の頻度を調査し、銀河の飲み込みによる遅い時空の星間質量成長を調べる。z ≈ 0.1における18 kpc以内の複数核割合は11% ± 4%であり、IllustrisTNG宇宙論的シミュレーションの予測と整合的である。これは、過去45億年間に乾燥合体がBCGの質量構築において重要な役割を果たしていることを示唆している。

ABSTRACT

Although it is generally accepted that massive galaxies form in a two-phased fashion, beginning with a rapid mass buildup through intense starburst activities, followed by primarily dry mergers that mainly deposit stellar mass at outskirts, the late time stellar mass growth of brightest cluster galaxies (BCGs), the most massive galaxies in the universe, is still not well understood. Several independent measurements have indicated a slower mass growth rate than predictions from theoretical models. We attempt to resolve the discrepancy by measuring the frequency of BCGs with multiple-cores, which serve as a proxy of the merger rates in the central region and facilitate a more direct comparison with theoretical predictions. Using 79 BCGs at $z=0.06-0.15$ with integral field spectroscopic (IFS) data from the Mapping Nearby Galaxies at APO (MaNGA) project, we obtain a multiple-core fraction of $0.11 \pm 0.04$ at $z\approx 0.1$ within a 18 kpc radius from the center, which is comparable to the value of $0.08 \pm 0.04$ derived from mock observations of 218 simulated BCGs from the cosmological hydrodynamical simulation IllustrisTNG. We find that most of cores that appear close to the BCGs from imaging data turn out to be physically associated systems. Anchoring on the similarity in the multiple-core frequency between the MaNGA and IllustrisTNG, we discuss the mass growth rate of BCGs over the past 4.5 Gyr.

研究の動機と目的

• 観測された星間質量成長率と理論的予測との間に存在する乖離を解消するため、合体活動の代理指標として複数核の頻度を測定すること。
• 観測されたBCGの遅い質量成長が、直接的に観測データと宇宙論的シミュレーションを比較することで、理論的乾燥合体モデルと整合的であるかどうかを検証すること。
• MaNGAの分光データとIllustrisTNGシミュレーションからのモック観測を組み合わせることで、画像で検出された核系の物理的関連性を特定すること。
• 観測された核の頻度とシミュレートされた合体率を用いて、過去45億年間におけるBCGの遅い時空の質量構築歴を制約すること。

提案手法

• 赤方偏移 z = 0.06–0.15 の79個のBCGについて、MaNGA調査の積分場分光計測データ（IFS）を用い、空間的に分解された運動学的および光度的核を同定した。
• 核領域におけるフラックス比が0.05以上で、速度オフセットが物理的関連性と整合的である場合を複数核系と定義し、視覚的検査と自動化されたDAPによる速度測定を併用した。
• MaNGA BCGにおける観測された複数核割合を、IllustrisTNG宇宙論的流体力学的シミュレーションから得た218個のモック観測シミュレートBCGと比較した。
• 各BCGの周囲に18 kpcの半径の開口部を適用し、中心領域における核の頻度を評価した。これにより、シミュレーションの空間的およびフラックス分解能と整合性を保った。
• 速度オフセットとフラックス比の基準を用いて、物理的関連核と背景の混入物を区別し、合体率の代理指標の信頼性を向上させた。
• 観測された核頻度をシミュレートされた合体率と照合することで、過去45億年間におけるBCGの星間質量成長率を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 z ≈ 0.1におけるBCGの複数核の観測頻度はどの程度で、宇宙論的シミュレーションからの理論的予測とどのように比較されるか？
• RQ2 画像データで検出された複数核系はBCGと物理的に関連しているのか、それとも主に背景の混入物であるのか？
• RQ3 MaNGA BCGにおける観測核頻度は、IllustrisTNGシミュレートBCGのモック観測から得られる核頻度とどの程度一致するか？
• RQ4 観測された核頻度は、BCG中心部における合体率の信頼できる代理指標として用いられ、その遅い時空の質量構築を制約するのに適しているか？
• RQ5 観測およびシミュレートされた核頻度に基づいて、過去45億年間におけるBCGの推定星間質量成長率はどの程度か？

主な発見

• z ≈ 0.1におけるMaNGA BCGの18 kpc以内の観測複数核割合は0.11 ± 0.04であり、約9個に1つのBCGが検出可能な二次核を有していることを示唆している。
• 観測核頻度は、IllustrisTNGシミュレーションからのモック観測による核頻度0.08 ± 0.04と整合的であり、観測とシミュレーションの間で良好な一致があることを示している。
• 画像データで同定された核の多くは、分光的速度オフセットとフラックス比によって物理的関連性が確認されたため、背景源による混入が少ない。
• MaNGAとIllustrisTNGの核頻度の類似性は、乾燥合体がBCGにおける遅い時空の星間質量成長の主なメカニズムである可能性を支持する。
• 観測されたBCGの遅い質量成長が、核頻度から推定される合体率を考慮に入れると、理論的モデルと整合的であることが示唆された。
• 過去45億年間におけるBCGの推定質量成長率は、宇宙論的シミュレーションの予測と一致しており、長年の観測とモデルの乖離が解消された。