[논문 리뷰] A Research Note on the Implementation of Star Formation and Stellar Feedback in Semi-Analytic Models

Fabio Fontanot, G. De Lucia외 3명|arXiv (Cornell University)|2013. 01. 17.

Inertial Sensor and Navigation인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 반분석 모델(SAMs)에서 별 형성 및 초신성 폭발 피드백 조건부가 은하 성질에 미치는 영향을 분석한다. 이 연구는 N-체 시뮬레이션에서 유도한 동일한 어둠센 물질 헬로 융합 트리 기반으로 수행되었으며, 전체적인 추세는 일관되나, 특히 밀키웨이 유사 질량에서 은하의 별 및 가스 성분에 있어 핵심적인 차이가 발생한다. 델럼 모델은 뮌헨 및 morgana 모델 대비 유의미하게 낮은 별 형성률과 별 질량을 예측한다.

ABSTRACT

We study the impact of star formation and stellar feedback prescriptions on galaxy properties predicted by means of "stripped-down" versions of independently developed semi-analytic models (SAMs). These include cooling, star formation, feedback from supernovae (SNe) and simplified prescriptions for galaxy merging, but no chemical evolution, disc instabilities or AGN feedback. We run these versions on identical samples of dark matter (DM) haloes extracted from high-resolution N-body simulations in order to perform both statistical analysis and object-by-object comparisons. We compare our results with previous work based on stripped-down versions of the same SAMs including only gas cooling, and show that all feedback models provide coherent modifications in the distribution of baryons between the various gas phases. In particular, we find that the predicted hot gas fractions are considerably increased by up to a factor of three, while the corresponding cold gas fractions are correspondingly decreased, and a significant amount of mass is ejected from the DM halo. Nonetheless, we also find relevant differences in the predicted properties of model galaxies among the three SAMs: these deviations are more relevant at mass scales comparable to that of our own Galaxy, and are reduced at larger masses, confirming the varying impact of stellar feedback at different mass scales. We also check the effect of enhanced star formation events (i.e. starbursts modes), defined in connection with galaxy mergers. We find that, in general, these episodes have a limited impact in the overall star formation histories of model galaxies, even in massive DM halos where merger-driven star formation has often been considered very important.

연구 동기 및 목표

• 다른 물리적 과정에 영향을 받지 않고, 반분석 모델(SAMs)에서 별 형성 및 별 피드백 조건부가 은하 성질에 미치는 영향을 분리하여 평가하기 위해.
• 다른 피드백 및 별 형성 모델링 선택이 가스 상태(냉각, 난방, 탈출) 및 별 성분에 분포에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 융합 유도 별 폭발 모드가 은하의 별 형성 역사 및 질량 집합에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 동일한 어둠센 물질 헬로 진화 기반으로 독립적으로 개발된 세 가지 SAMs(Munich, morgana, Durham-like)의 예측를 비교하기 위해.
• 특히 밀키웨이 질량 근처에서, 피드백 모델 아키텍처에 대한 은하 성질의 민감도를 질량 척도에 따라 정량화하기 위해.

제안 방법

• 냉각, 별 형성, SN 피드백, 간소화된 은하 융합만 포함된 세 가지 SAMs(Munich, morgana, Durham-like)의 단순화된 버전을 구축하였다.
• 고해상도 N-체 시뮬레이션(Millennium 및 Millennium-II)에서 추출한 동일한 융합 트리를 적용하여 어둠센 물질 헬로 진화를 일관되게 유지하였다.
• 두 모드 별 형성 방식을 사용: '정적' 모드(기본) 및 '별 폭발' 모드(은하 융합에 의해 유도되며, 융합 시간이 무한대 또는 0인 경우).
• 냉각 및 난방 가스 비율, 별 질량, 탈출 가스 질량 등의 주요 은하 성질의 적색편이 진화를 추적하였다.
• 피드백 및 별 형성 조건부에 기인한 차이를 분리하기 위해 통계 분석 및 개별 대상 간 비교를 수행하였다.
• 피드백 영향을 분리하기 위해, 동일한 모델의 이전 '냉각 전용' 버전과 결과를 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어둠센 물질 헬로 내에서 다양한 별 형성 및 초신성 피드백 조건부가 냉각, 난방, 탈출 가스 상에 비해 비수소 분포에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 모델 고유의 피드백 및 별 형성 체계가 은하 별 질량과 별 형성률에 대해 얼마나 다를 수 있는 예측을 내는가?
• RQ3 특히 밀키웨이 유사 헬로에서, 융합 유도 별 폭발 모드가 총 별 형성 역사에 기여하는 정도는 어떠한가?
• RQ4 특히 밀키웨이 질량 근처에서, 다양한 질량 척도에서 예측된 은하 성질이 모델 간 어떻게 다름을 보이는가?
• RQ5 융합 유도 별 폭발 모드를 포함함으로써, 유사 질량의 헬로에서 동일한 적색편이에서 예측된 별 질량의 산란이 감소하는가?

주요 결과

• 별 형성 및 SN 피드백은 냉각 전용 모델 대비 어둠센 물질 헬로 내 난방 가스 비율을 최대 3배까지 증가시키며, 냉각 가스 비율은 감소시킨다.
• Durham-like 피드백 체계는 가장 높은 난방 가스 비율을 생성하며, 냉각 가스의 가장 빠른 고갈을 유도하여 체계적으로 낮은 예측 별 형성률과 별 질량을 초래한다.
• morgana 및 Munich 모델은 z ≥ 2에서 밀키웨이 유사 헬로에서 평균 별 형성률에서 양호한 일치를 보이나, 저적색편이에서 갈라지며, 최종 z=0 별 질량에서의 차이는 미미하다.
• 은하 융합과 관련된 별 폭발 모드는 중심 은하 질량 집합률을 최대 2배까지 증가시키며, 총 SFR 예산에 대한 전반적인 영향은 제한적임을 시사한다.
• 융합 유도 별 폭발을 포함함으로써, 동일 질량의 헬로에서 동일 적색편이에서 예측된 별 질량의 산란이 감소하며, 질량 집합에 안정화 효과가 있음을 시사한다.
• 비수소 재분포에 있어서 일관된 추세가 존재하나, 각 모델이 냉각, 난방, 탈출 가스에 대해 고유한 적색편이 진화 패턴을 보이며, 예측이 피드백 모델 아키텍처에 민감함을 강조한다.