[論文レビュー] Testing galaxy feedback models with the first resolved profiles of the circumgalactic medium

Urmila Chadayammuri, Ákos Bogdán+4 more|arXiv (Cornell University)|Mar 2, 2022

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、eROSITAのeFEDS調査から得られた空間的に分解されたX線表面輝度プロファイルを用いて、孤立した星形成銀河および静止銀河における銀河フィードバックモデルを検証する。点源および団／クラスタをマスクした後、観測されたCGMの輝度は、TNGおよびEAGLEシミュレーションと比較して星質量に伴う増加が著しく遅く、星形成銀河は予測よりも平坦でより広がったプロファイルを示す。これは、現在のモデルにおける星形成によるフィードバックが不十分で、AGNフィードバックが過剰であることを示唆している。

ABSTRACT

The hot ($>10^6$ K) phase of the circumgalactic medium (CGM) contains a large fraction of baryons in galaxies. It also retains signatures of the processes that shaped the galaxies, such as feedback from active galactic nuclei (AGNs) and supernovae, and offers a uniquely powerful way to constrain theoretical models of feedback. It is, however, notoriously difficult to detect. By stacking 2643 optically selected galaxies in the eROSITA Final Equatorial Depth Survey (eFEDS), we present spatially resolved properties of the extended CGM in both star-forming and quiescent galaxies spanning an order of magnitude in stellar mass. We mask out resolved point sources and galaxy groups/clusters and model the contribution from X-ray binaries and the hot ISM, producing accurate radial profiles. We compare the profiles to mock X-ray observations of galaxy stacks in the IllustrisTNG100 (TNG) and EAGLE cosmological simulations. We detect extended emission from both the high-mass ($10.7<\log(M_*/M_\odot)<11.2$) and low-mass ($10.2<\log(M_*/M_\odot)<10.7$) galaxy stacks. Galaxies have somewhat more luminous CGM between $10-100$~kpc if they are more massive or star-forming. However, the luminosity increases slower with stellar mass than predicted in simulations. Simulated quenched galaxies are far dimmer than observed, suggesting that they rely too heavily on CGM ejection for quenching. Star-forming galaxies are observed to have flatter and more extended profiles than in simulations, suggesting under-efficient stellar feedback models. Our results highlight the need to modify future prescriptions of galaxy feedback models.

研究の動機と目的

• 孤立銀河におけるホットな周銀河媒体（CGM）からの空間的に分解されたX線放射を測定すること。
• 観測されたCGMの半径方向表面輝度プロファイルを、宇宙論的シミュレーション（TNGおよびEAGLE）からのモック観測と比較すること。
• 現在の銀河形成モデルにおけるCGMの輝度および半径方向構造を再現するためのフィードバック処方の正確さを評価すること。
• フィードバックモデルの欠陥を示唆する、シミュレーションと観測との間の系統的乖離を特定すること。

提案手法

• 赤方偏移 0.01 < z < 0.1 の範囲に位置する2643個の光学的選別銀河を、eFEDS領域内でスタックし、X線表面輝度プロファイルを構築した。
• eFEDSの自己一貫性のあるカタログを用いて、拡張源および点源（団・クラスタを含む）をマスクし、内在するCGM放射を分離した。
• X線バイナリおよびホットな星間媒体からの背景寄与をモデル化し、差し引くことでクリアな半径方向プロファイルを得た。
• 同一のスタックおよびマスク手順を用いて、TNG100およびEAGLEシミュレーションからの類似スタックと比較した。
• 星質量のビン（10.2 < log(M*/M⊙) < 11.2）を対象とし、星形成銀河と静止銀河に分けて分析した。
• 大規模構造からの汚染の影響を評価するために、並列して行われた研究（Comparat et al. 2022）と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 孤立した星形成銀河および静止銀河において、CGMのX線輝度は星質量にどのように依存するか？
• RQ2 TNGおよびEAGLEのシミュレートされたCGMプロファイルは、観測された半径方向表面輝度プロファイルの振幅および空間的広がりに関して一致するか？
• RQ3 観測されたCGMプロファイルは、現在の銀河形成モデルにおける星形成およびAGNフィードバックの効率について何を明らかにするか？
• RQ4 団・クラスタからの汚染は、過去のスタックX線研究における顕在的な乖離の主な要因であると見なされるべきか？
• RQ5 観測されたCGMの性質は、フィードバックまたは化学増幅処方の修正の必要性をどの程度制限するか？

主な発見

• 静止銀河における観測されたCGM輝度は星質量に伴って増加するが、TNGおよびEAGLEシミュレーションが予測するよりも著しく弱い依存関係を示す。
• 星形成銀河では、全星質量ビンにわたりほぼ一定のCGM輝度を示すが、これはTNGおよびEAGLEが予測する増加傾向とは著しく対照的である。
• 星形成銀河の半径方向プロファイルは、シミュレーションよりも平坦でより広がっており、モデルにおける星形成フィードバックがホットCGMの空間的到達範囲を過小評価していることを示唆している。
• シミュレートされた静止銀河は観測値よりも明るくないため、フィードバックモデルが銀河の停止にCGMの排出に過度に依存しており、ホットガスの保持を過小評価している可能性がある。
• 観測されたCGMのX線放射は、静止銀河が星形成銀河よりもX線でより明るいという仮定と整合しない。これは、大規模構造をマスクしなかった過去の研究とは矛盾する。
• これらの結果は、将来のフィードバックモデルがより効率的な超新星フィードバックと、より低い効率のAGNフィードバックを含む必要があり、X線発光度に影響を与える化学増幅モデルの見直しが必要である可能性を示唆している。