[논문 리뷰] Accreted or Not Accreted? The Fraction of Accreted Mass in Galaxies from Simulations and Observations

Rhea–Silvia Remus, Duncan A. Forbes|arXiv (Cornell University)|2021. 01. 28.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 3인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 약 500개의 은하에서 내재된 및 유입된 별질량의 반경 분포를 분석하기 위해 Magneticum 유체역학적 천체역학 시뮬레이션을 사용한다. 그 결과, 70%의 은하는 내재된 질량과 유입된 질량의 지배 영역이 바뀌는 전이 반경을 한 개만 가지며, 10%는 어디서나 유입에 의해 지배되고, 13%는 두 개의 전이 반경을 가진다. 주요 발견은 관측된 표면 밝기 프로파일의 곡절이 진정으로 유입 전이를 반영하지 못하며, 오히려 건조한 소형 갈axy 융합 역사를 반영한다는 것이다. 이는 이중-Sérsic 피팅을 유입된 질량 분율의 대체 지표로 사용하는 것을 무효화한다.

ABSTRACT

In the two-phase scenario of galaxy formation, a galaxy's stellar mass growth is first dominated by in-situ star formation, and subsequently by accretion. We analyse the radial distribution of the accreted stellar mass in ~500 galaxies from the hydrodynamical cosmological simulation Magneticum. Generally, we find good agreement with other simulations in that higher mass galaxies have larger accreted fractions, but we predict higher accretion fractions for low-mass galaxies. Based on the radial distribution of the accreted and in-situ components, we define 6 galaxy classes, from completely accretion dominated to completely in-situ dominated, and measure the transition radii between in-situ and accretion-dominated regions for galaxies that have such a transition. About 70% of our galaxies have one transition radius. However, we also find about 10% of the galaxies to be accretion dominated everywhere, and about 13% to have two transition radii, with the centre and the outskirts both being accretion dominated. We show that these classes are strongly correlated with the galaxy merger histories, especially with the mergers' cold gas fractions. We find high total in-situ (low accretion) fractions to be associated with smaller, lower mass galaxies, lower central dark matter fractions, and larger transition radii. Finally, we show that the dips in observed surface brightness profiles seen in many early-type galaxies do not correspond to the transition from in-situ to accretion-dominated regions, and any inferred mass fractions are not indicative of the true accreted mass. Instead, these dips contain information about the galaxies' dry minor merger assembly history.

연구 동기 및 목표

• 고해상도 천체역학 시뮬레이션을 사용하여 은하의 내재된 별질량과 유입된 별질량의 반경 분포를 규명하는 것.
• 내재된 질량과 유입된 질량의 지배 영역이 반경에 따라 어떻게 변화하는지 기반으로 은하를 분류하여 구조적 유형을 식별하는 것.
• 특히 냉각 기체 분율이 포함된 융합 역사를 통해 은하의 구조적 프로파일이 어떻게 형성되는지 조사하는 것.
• 관측된 표면 밝기 프로파일 곡절이 초기형 은하에서 진정으로 유입된 질량 분율을 추론하는 데에 얼마나 유효한지 테스트하는 것.
• 3차원 질량 프로파일과 투영된 2차원 표면 밝기 프로파일을 비교하고, 이중-Sérsic 피팅이 유입 성분을 추적하는 데에 얼마나 신뢰할 수 있는지 평가하는 것.

제안 방법

• 내재된 질량과 유입된 질량의 기원을 모든 공간 위치에서 추적하기 위해 약 500개의 은하를 Magneticum 유체역학적 천체역학 시뮬레이션으로 시뮬레이션하는 것.
• 내재된 질량 또는 유입된 질량의 지배 영역이 반경에 따라 어떻게 변화하는지 기반으로 여섯 가지 은하 유형을 정의하는 것. 이는 전이 반경이 한 개 또는 두 개인 경우를 포함한다.
• 내재된 질량과 유입된 질량의 지배 영역이 명확히 바뀌는 은하의 전이 반경을 측정하는 것.
• 3차원 별질량 밀도 프로파일을 2차원 표면 밝기 프로파일로 투영하여 관측 데이터와 비교하는 것.
• 투영된 2차원 프로파일에 이중-Sérsic 프로파일을 피팅하고, 이들의 끊김 반경이 내재된 성분과 유입된 성분 사이의 진정한 3차원 전이 반경과 일치하는지 비교하는 것.
• 융합 역사 데이터, 특히 융합 사건에서의 냉각 기체 분율과 함께 구조적 유형을 상관관계 분석하여 주요 형성 경로를 규명하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 내재된 질량과 유입된 질량의 지배 영역이 바뀌는 전이 반경이 한 개, 두 개, 또는 없이 나타나는 은하의 비율은 얼마인가?
• RQ2 은하 질량, 중심 다크 물질 분율, 융합 역사는 내재된 질량과 유입된 질량 분포에 기반한 구조적 유형과 어떻게 상관관계가 있는가?
• RQ3 관측된 2차원 표면 밝기 프로파일의 곡절이 내재된 질량과 유입된 질량 성분 사이의 진정한 3차원 전이 반경과 얼마나 일치하는가?
• RQ4 관측된 표면 밝기 프로파일에 이중-Sérsic 피팅을 사용하여 초기형 은하에서 진정된 유입된 질량 분율을 신뢰성 있게 추정할 수 있는가?
• RQ5 건조한 소형 및 미니 융합은 은하의 외부 별 허브와 프로파일 특징을 어떻게 형성하는가?

주요 결과

• 시뮬레이션된 은하 약 70%는 내재된 질량과 유입된 질량의 지배 영역이 바뀌는 전이 반경을 한 개만 가지며, 10%는 어디서나 유입에 의해 지배되고, 13%는 중심과 외곽 영역 양쪽에서 유입에 의해 지배되는 두 개의 전이 반경을 가진다.
• 내재된 질량 비율이 높은(유입이 낮은) 은하는 일반적으로 질량이 낮고, 반질량 반경이 작으며, 중심 다크 물질 분율이 약간 낮은 경향이 있다. 유일하게 내재된 질량에 의해 지배되는 은하를 제외하면, 이는 일반적인 경향이다. 그러나 가장 내재된 질량에 의해 지배되는 은하들은 일반적인 은하보다 중심 다크 물질 분율이 높다.
• 내재된 질량과 유입된 질량의 지배 영역이 바뀌는 전이 반경은 별질량과는 약하게 반비례하지만, 가장 일반적인 은하 유형에서는 내재된 질량 비율과 강하게 상관관계가 있다.
• 시뮬레이션에서 유도된 2차원 표면 밝기 프로파일은 이중-Sérsic 피팅이 필요하지만, 이러한 피팅의 끊김 반경은 내재된 성분과 유입된 성분 사이의 진정한 3차원 전이 반경과 거의 일치하지 않는다.
• 관측된 표면 밝기 프로파일에서 관측되는 곡절은 진정한 내재된 질량에서 유입된 질량으로의 전이를 반영하지 못한다. 오히려 이 곡절은 고질량 융합에 의해 형성된 핵에서, 건조한 소형 및 미니 융합에 의해 형성된 허브로의 전이를 나타낸다.
• 따라서 관측된 프로파일에 이중-Sérsic 피팅을 사용하는 것은 진정된 유입된 질량 분율을 신뢰할 수 있는 지표로 사용할 수 없으며, 다만 건조한 융합에 의한 은하의 조립 역사를 암시하는 정보를 담고 있을 수 있다.