[論文レビュー] Tracking the evolution of satellite galaxies: mass stripping and dark-matter deficient galaxies

Antonio D. Montero-Dorta, Facundo Rodríguez+3 more|arXiv (Cornell University)|Dec 23, 2022

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、IllustrisTNGの流体力学的シミュレーションを用い、z > 1 で吸収された衛星銀河の質量進化を追跡した。その結果、特に近点通過に近い場所での潮汐的ストリッピングが、ダークマターと恒星質量の顕著な損失を引き起こし、巨大クラスタでダークマター欠損銀河が形成されることを示した。結果は、極端なDM欠損が高赤方偏移での降着と、ハロー主のハローとの非常に接近した遭遇によって生じることを確認した。

ABSTRACT

Satellite galaxies undergo a variety of physical processes when they are accreted by groups and clusters, often resulting in the loss of baryonic and dark matter (DM) mass. In this work, we evaluate the predictions from the IllustrisTNG hydrodynamical simulation regarding the evolution of the matter content of satellites, focusing on a population that are accreted at $z>1$ and retain their identity as satellites down to $z=0$. At fixed host halo mass, the amount of DM and stellar mass stripped depends mostly on the pericentric distance, $d_{ m peri}$, here normalised by host halo virial radius. The closest encounters result in significant loss of DM, with subhaloes retaining between 20 and a few per cent of their $z=1$ mass. At fixed $d_{ m peri}$, DM mass stripping seems more severe in lower mass haloes. Conversely, the average satellite in higher mass haloes has its stellar mass growth halted earlier, having lost a higher fraction of stellar mass by $z=0$. We also show that mass stripping has a strong impact on the quenched fractions. The IllustrisTNG boxes are qualitatively consistent in these predictions, with quantitative differences mostly originating from the distinct subhalo mass ranges covered by the boxes. Finally, we have identified DM-deficient systems in all TNG boxes. These objects are preferentially found in massive clusters ($M_{ m host } \gtrsim 10^{13}$ M$_\odot$), had very close encounters with their central galaxies ($d_{ m peri}\simeq0.05\, R_{ m vir}$), and were accreted at high redshift ($z_{ m infall} \gtrsim 1.4$), reinforcing the notion that tidal stripping is responsible for their remarkable lack of DM.

研究の動機と目的

• ΛCDMフレームワーク内において、z > 1 で吸収された衛星銀河の質量進化を理解すること。
• 衛星準ハローにおけるダークマターと恒星質量の枯渇に果たす潮汐的ストリッピングの寄与を定量化すること。
• 特に巨大ハローにおいて、ダークマター欠損銀河が形成される条件を調査すること。
• TNGシミュレーションボックス（TNG300, TNG100, TNG50）間で、質量損失と停止の観点から結果の整合性を評価すること。
• 観測されたDM欠損系の特徴（例：NGC1052–DF2）を、シミュレートされた潮汐的ストリッピング過程と結びつけること。

提案手法

• TNG300, TNG100, TNG50の3つのIllustrisTNGシミュレーションボックスにおいて、z > 1 からz = 0 まで個々の衛星銀河を準ハロー・カタログを用いて追跡した。
• 潮汐の強度を定量化するため、近点距離（d_peri）をハローのvirial半径（R_vir）で正規化した。
• ダークマターおよび恒星成分の質量ストリッピングを、d_peri、ハロー質量、赤方偏移の関数として測定した。
• z = 0 において恒星質量がダークマター質量を上回る（M*_star > M_DM）システムを、ダークマター欠損系と定義した。
• 一貫性を確保するため、Rodriguez & Merchán (2020) のグループ検出アルゴリズムを用いて準ハローを同定し、ハロー質量を推定した。
• シミュレーションボックス間の比較を通じて、解像度および質量範囲に依存する影響を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 z > 1 で吸収された衛星銀河のダークマターおよび恒星質量進化に、潮汐的ストリッピングがどのように影響を与えるか？
• RQ2 ダークマター欠損銀河の形成を引き起こす主要な環境的パラメータ（例：d_peri、ハロー質量、降着赤方偏移）は何か？
• RQ3 異なるTNGシミュレーションボックスにおいて、ハロー質量および衛星恒星質量に応じて、質量損失と停止の傾向はどのように変化するか？
• RQ4 シミュレートされたダークマター欠損系の性質が、NGC1052–DF2 や DF4 のような観測対象とどの程度一致するか？
• RQ5 恒星サイズと準ハローサイズの比は時間とともにどのように変化するか？また、d_peri やハロー質量にどのように依存するか？

主な発見

• 固定されたハロー質量のもとで、d_peri ≈ 0.05 R_vir を示す準ハローは、z = 1 時点のダークマター質量の最大98％を失い、残存する割合は2〜20％にとどまる。
• 固定されたd_periのもとで、より低い質量のハローではダークマター質量のストリッピングがより顕著であり、これは低質量系に強い潮汐場が存在することを示唆している。
• 恒星質量の成長は、より高い質量のハローにおいて早期に停止し、強い環境的要因によりz = 0 時点でより多くの恒星質量が失われる。
• 質量ストリッピングにより、衛星の停止率が顕著に上昇し、特に巨大クラスタではより強い停止が観察された。
• ダークマター欠損系は、主に M_host ≳ 10^13 M_sun のハローに存在し、d_peri ≈ 0.05 R_vir かつ降着赤方偏移 z_infall ≳ 1.4 の条件下で形成される。
• z = 0 時点で、DM欠損系は中心銀河からの距離約0.4 R_vir の位置にあり、空間的散乱が大きいが、これは潮汐的ストリッピングが主な形成機構であることを確認している。