[論文レビュー] Which galaxy property is the best indicator of its host dark matter halo properties?

David A. Wake, Marijn Franx+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 9, 2012

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 10

ひとこと要約

本研究では、銀河のどの性質—星の質量、動的質量、速度分散、色、形状—がその宿主銀河の暗黒物質ハローの性質を最もよく示すかを調査する。スローンデジタルスカイサーベイ（SDSS）のデータを用いて、速度分散（σ）がクラスタリングの強度を予測する上で、星の質量や動的質量を上回り、最も強い予測要因であることが判明した。これは、σが全質量よりもハロー質量または形成年代とより密接に関連していることを示している。結果から、銀河の星形成歴は全質量よりもハローの性質に強く関連していると考えられる。

ABSTRACT

In this work we investigate the link between galaxy velocity dispersion, mass and other properties (color, morphology) with the properties of dark matter halos by comparing the clustering of galaxies at both fixed mass and velocity dispersion. We use the Sloan Digital Sky Survey to define a volume limited sample of massive galaxies complete in both stellar mass (>6e10 Msun) and velocity dispersion (>75 km/s). Using this sample we show that at fixed velocity dispersion there is no dependence of the clustering amplitude on stellar or dynamical mass. Conversely when stellar or dynamical mass are fixed there is a clear dependence of the clustering amplitude on velocity dispersion with higher dispersion galaxies showing a higher clustering amplitude. We also show that whilst when stellar or dynamical mass are fixed there remains a dependence of clustering amplitude on morphology, there is no such dependency when dispersion is fixed. However, we do see a dependence of the clustering amplitude on color when both mass and dispersion are fixed. Despite this, even when we restrict our samples to only elliptical or red galaxies the relationship between dispersion and clustering amplitude at fixed mass remains. It seems likely that the residual correlation with color is driven by satellite galaxies in massive halos being redder at fixed dispersion. The lack of a similar morphology dependence implies that the mechanism turning satellites red is not changing their morphology. Our central result is that velocity dispersion is more closely related to the clustering amplitude of galaxies than either stellar or dynamical mass. This implies that velocity dispersion is more tightly correlated with the halo properties that determine clustering, either halo mass or age, and supports the notion that the star formation history of a galaxy is more closely related to its halo properties than its overall mass.

研究の動機と目的

• 銀河のどの性質がその宿主暗黒物質ハローの性質を最も正確に示すかを特定すること。
• 速度分散（σ）、星の質量（M_star）、動的質量（M_dyn）、色（g−r）、形状、表面質量密度のうち、どれがクラスタリングを通じてハローの性質と最も強く相関しているかをテストすること。
• 質量またはσを固定した場合の銀河性質に残る依存関係を特定し、最も根本的なハローのトレーサーを同定すること。
• 銀河の形成歴が、全質量よりも動的性質（σ）とより密接に関連しているかどうかを評価すること。

提案手法

• SDSS DR7から、星の質量 > 6×10¹⁰ h⁻¹ M⊙、σ > 75 km/s である大質量銀河の体積制限サンプルを用い、星の質量、速度分散、色、形状、サイズを完全に測定した。
• クラスタリング強度の依存関係を評価するため、投影相関関数 w_p(r_p) を用いて測定した。
• ある銀河性質（例：σ や M_star）の狭いビンごとにクラスタリング強度を比較し、他の性質（例：M_dyn や σ）を固定した状態での残存依存関係を特定した。
• k補正と完全性補正には、NYU Value-Added Galaxy Catalog および MPA-JHU 星の質量カタログを用いた。
• 結果の妥当性を検証するため、楕円銀河（P_el > 0.6）および赤銀河（g−r > 0.9）に限定したサンプルを分析した。
• 1.6 < r_p < 25.1 h⁻¹ Mpc のスケールで w_p(r_p) の比をフィットし、高性質・低性質サブサンプル間の相対的クラスタリング差を定量化した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 星の質量または動的質量を固定した場合、クラスタリング強度は銀河の速度分散に依存するか？
• RQ2 質量と速度分散を固定した場合、クラスタリング強度は銀河の色（g−r）にどのように依存するか？
• RQ3 速度分散を固定した場合、クラスタリングに形状の残存依存関係は存在するか？
• RQ4 ハロー質量と銀河性質の相関強度は、速度分散、星の質量、動的質量の間で異なるか？
• RQ5 質量とσを固定した場合に残存する色とクラスタリングの相関は、何によって駆動されているか？

主な発見

• 速度分散を固定した場合、クラスタリング強度は星の質量や動的質量に依存しない。これは、σが全質量よりもハローのトレーサーとして優れていることを示している。
• 星の質量または動的質量を固定した場合、速度分散が高い銀河は顕著に高いクラスタリング強度を示す。これは、σがハロー質量と強く関連していることを確認している。
• 速度分散を固定した場合、クラスタリングに形状の残存依存関係は存在しない。これは、形状がハロー性質の主な指標でないことを示している。
• 質量とσを固定した場合、g−r色に残存する依存関係は存在するが、これは主に大規模ハローに存在する銀河が赤くなる傾向に起因しており、形状の変化によるものではない。
• 楕円銀河や赤銀河に限定しても、速度分散とクラスタリング強度の関係は維持される。これは、σがハローのトレーサーとして非常に頑健であることを強化している。
• 結果から、銀河の星形成歴は全質量よりもハローの性質に強く関連しており、速度分散がハロー質量または形成年代の優れた代理指標であるという仮説が支持される。