[論文レビュー] Testing subhalo abundance matching from redshift-space clustering

Mikito Yamamoto, Shogo Masaki+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 13, 2015

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 8

ひとこと要約

本研究は、赤方偏移空間のクラスタリングに準拠して、サブハロー質量関連付け（SHAM）を拡張し、銀河の明るさをサブハローの最大円運動速度に一致させることで、0.3–40 h⁻¹ Mpc のスケールで明るさ依存のクラスタリングを正確に再現することを示した。さらに、局所的ダークマター密度ではなくサブハローの年齢が、赤い銀河におけるより強い「指の間」効果（Fingers-of-God）をよりよく再現するため、銀河色の主要因として年齢が重要であることを明らかにした。これは、模擬銀河カタログにおける銀河色の支配的要因であることを示している。

ABSTRACT

We present a first application of the subhalo abundance matching (SHAM) method to describe the redshift-space clustering of galaxies including the non-linear redshift-space distortion, i.e., the Fingers-of-God. We find that the standard SHAM connecting the luminosity of galaxies to the maximum circular velocity of subhalos well reproduces the luminosity dependence of redshift-space clustering of galaxies in the Sloan Digital Sky Survey in a wide range of scales from 0.3 to 40 Mpc/h. The result indicates that the SHAM approach is very promising for establishing a theoretical model of redshift-space galaxy clustering without additional parameters. We also test color abundance matching using two different proxies for colors: subhalo age and local dark matter density following the method by Masaki et al. (2013b). Observed clustering of red galaxies exhibits much stronger Fingers-of-God effect than blue galaxies. We find that the subhalo age model describes the observed color-dependent redshift-space clustering much better than the local dark matter density model. The result infers that the age of subhalos is a key ingredient to determine the color of galaxies.

研究の動機と目的

• サブハロー質量関連付け（SHAM）が、非線形な赤方偏移空間歪み（「指の間」効果）を含む観測された赤方偏移空間クラスタリングを再現できるかどうかをテストすること。
• 色依存クラスタリングを予測する2つの色質量関連付け法——サブハローの年齢と局所的ダークマター密度——を評価すること。
• 赤と青の銀河における「指の間」効果の差を説明する要因として、サブハローの年齢と環境（周囲密度）のどちらがより適切であるかを特定すること。
• 今後の宇宙論的調査における赤方偏移空間銀河クラスタリングのパラメータフリー理論的モデルとしてSHAMの実用可能性を評価すること。

提案手法

• 銀河の明るさをサブハローの最大円運動速度に基づいて割り当てるSHAMを適用し、明るさと速度の単調関係を用いる。
• 赤方偏移空間相関関数の多重極展開を用いて、「指の間」効果に起因する非等方的成分を分離し、非線形スケール（0.3–40 h⁻¹ Mpc）に焦点を当てる。
• 2通りの色質量関連付けスキームをテスト：1つはサブハローの年齢に基づく、もう1つは局所的ダークマター密度に基づくもので、適合性を向上させるために散らばりを導入する。
• モデル予測をSDSSの赤方偏移空間クラスタリング測定値と比較し、特に衛星の運動状態に敏感な四重極モーメントと十六重極モーメントに注目する。
• カイ二乗統計を用いてモデルの性能を評価し、観測誤差を反映させるために局所密度–色関係の散らばりを組み込む。
• 銀河-銀河レンズ効果の制約と比較することでモデルの頑健性を評価し、中心銀河の特異速度やバリオン物理学によるバイアスの可能性を検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河明るさをサブハローの最大円運動速度に結びつける標準的なSHAM手法が、0.3～40 h⁻¹ Mpc のスケールで赤方偏移空間クラスタリングの明るさ依存性を再現できるか？
• RQ2 局所的ダークマター密度よりもサブハローの年齢が、観測された色依存赤方偏移空間クラスタリングをよりよく説明できるか？
• RQ3 なぜ局所的ダークマター密度モデルは、赤い銀河におけるより強い「指の間」効果を再現できないのか？
• RQ4 色–密度関係に散らばりを導入することで、赤・青両サンプルの観測クラスタリングに適合するモデルの能力はどのように変化するか？
• RQ5 色割り当てに関する赤方偏移空間クラスタリングと銀河-銀河レンズ効果の結果の不一致は、モデルの限界を示しているのか、それとも物理的効果を反映しているのか？

主な発見

• 銀河明るさをサブハローの最大円運動速度に結びつける標準的なSHAM手法は、0.3–40 h⁻¹ Mpc のスケールで赤方偏移空間クラスタリングの明るさ依存性を正確に再現しており、サブハローの力学がクラスタ内の衛星運動を支配していることを示している。
• サブハロー年齢モデルは、四重極モーメントと十六重極モーメントに特に顕著に、観測された色依存「指の間」効果を局所的ダークマター密度モデルよりも顕著に再現している。
• 局所的ダークマター密度モデルは、ハロー内の赤いサブハローの割合を過剰に予測しており、関係性に散らばりを導入しても観測結果と一致しない。
• σ_logρ ≈ 0.3–0.4 の散らばりを導入することで、局所密度モデルの適合性は向上するが、依然として年齢モデルに劣り、カイ二乗値が低くなる。
• サブハロー年齢モデルは観測結果とより良好に一致しており、環境密度よりも年齢が銀河色のより根本的な駆動要因であることを示唆している。
• 赤方偏移空間クラスタリングと銀河-銀河レンズ効果の結果の不一致は、クラスタリングとレンズ効果が銀河クラスタリングの異なる側面——運動論的性質とハロー質量——を調べていることを示しており、色割り当てモデルの改善が求められている。