[論文レビュー] Unraveling emission line galaxy conformity at z~1 with DESI early data

Sihan Yuan, Risa H. Wechsler+33 more|arXiv (Cornell University)|Oct 13, 2023

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 197被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、z~1における発光線銀河（ELG）が、合体誘発星形成爆発によって駆動される中央-衛星対における相関した星形成（『適合性』）を示すことを提案し、標準的なホール占有分布（HOD）モデルに挑戦する。DESIの初期データとシミュレーション（IllustrisTNG、UniverseMachine）を用いて、ELGのクラスタリング、LGGおよびクラスタとの相互相関、および形状から、標準HODを超える環境依存星形成モデルの必要性が示された。

ABSTRACT

Emission line galaxies (ELGs) are now the preeminent tracers of large-scale structure at z>0.8 due to their high density and strong emission lines, which enable accurate redshift measurements. However, relatively little is known about ELG evolution and the ELG-halo connection, exposing us to potential modeling systematics in cosmology inference using these sources. In this paper, we propose a physical picture of ELGs and improve ELG-halo connection modeling using a variety of observations and simulated galaxy models. We investigate DESI-selected ELGs in COSMOS data, and infer that ELGs are rapidly star-forming galaxies with a large fraction exhibiting disturbed morphology, implying that many of them are likely to be merger-driven starbursts. We further postulate that the tidal interactions from mergers lead to correlated star formation in central-satellite ELG pairs, a phenomenon dubbed "conformity." We argue for the need to include conformity in the ELG-halo connection using galaxy models such as IllustrisTNG, and by combining observations such as the DESI ELG auto-correlation, ELG cross-correlation with Luminous Red Galaxies (LRGs), and ELG-cluster cross-correlation. We also explore the origin of conformity using the UniverseMachine model and elucidate the difference between conformity and the well-known galaxy assembly bias effect.

研究の動機と目的

• DESIの初期データと多波長観測を用いて、z~1における発光線銀河（ELG）の適合性の物理的起源を調査する。
• ELGの進化およびELG–ホール接続に関する理解の不足が、宇宙論的推論に系統誤差をもたらすリスクを是正する。
• 標準HODモデルがELGのクラスタリング、LGGおよびクラスタとの相互相関、および形状を説明できるかを検証する。
• UniverseMachineモデルを用いて、適合性と銀河集団バイアスの違いを検討する。
• 環境依存性を組み込んだ拡張HODモデルを構築し、観測されたELGのクラスタリングおよび衛星数密度をよりよく再現する。

提案手法

• 多波長データを用いてCOSMOS領域のDESI選択ELGを分析し、形状、星形成、クラスタリングを評価する。
• ELG–ホール接続を制約するため、自己相関関数、ELG–LGG相互相関関数、ELG–クラスタ相互相関関数を測定する。
• UniverseMachineの半アナリティカルモデルを用いて、個々のホール質量の集団形成のみで観測されたELGの性質を再現できるかを検証する。
• 星形成率関数、SFR分布、クラスタリングに対するDESIデータとの比較を通じて、UniverseMachineモデルの妥当性を検証する。
• 衛星占有の非標準的べき乗指数αを導入した拡張HODモデルを実装し、α > 0.3として適合性を説明する。
• クラスタの豊かさとELGの衛星数密度を用いてαを制約し、負の値または標準HOD（α=0.3）モデルを除外する。

Figure 1 : Scatter plot showing the projected distribution of ELGs (blue) and LRGs (orange) in $0.8<z<1.1$ in one of the 20 rosettes in DESI One-Percent Survey. This specific rosette also covers the COSMOS field.

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 z~1におけるELG対の観測された適合性を駆動する物理的メカニズムは何か？
• RQ2 標準HODモデルは、DESI選択ELGの観測されたクラスタリングおよび相互相関を説明できるか？
• RQ3 観測された適合性は、合体誘発星形成爆発に起因するのか、それとも銀河集団バイアスの効果として現れるものなのか？
• RQ4 単にホール質量に基づくUniverseMachineモデルは、観測されたELGの全性質を再現できるか？
• RQ5 ELGのクラスタリングおよび衛星豊度を一貫して記述するには、HODフレームワークにどのような修正が必要か？

主な発見

• z~1におけるELGは主に急速に星形成しているものが多く、破壊的形状を示す割合が高く、合体誘発星形成爆発を示唆している。
• 観測されたELG–クラスタ相互相関は、衛星数とクラスタの豊かさの間で正の相関を示しており、負の値または標準HOD（α=0.3）パラメータを持つモデルを除外する。
• αの妥当な範囲は0.8 < α < 1.2と推定され、標準HODモデルよりもホール質量に対する衛星占有の依存性が強いことを示している。
• 標準的なUniverseMachineモデルは、観測された星質量関数、SFR分布、およびDESI ELGのクラスタリングを同時に再現できない。
• ELGの適合性は、1ホール型の合体誘発星形成爆発によって最もよく説明され、銀河集団バイアスとは異なる。環境依存星形成モデルの導入が不可欠である。
• 結果から、現在のHODおよび半アナリティカルモデルは高赤方偏移宇宙論に不十分であり、信頼できる宇宙論的推論のためには環境依存性を組み込んだ拡張モデルが必要であると示唆される。

Figure 2 : The mean number density of the DESI EDR LRG and ELG samples as a function of redshift. For this study, we only consider the two samples in the $0.8<z<1.1$ redshift regime, where the ELG sample reaches its peak number density and the LRG sample density drops off.