[논문 리뷰] CAMELS Environments: The Impact of Local Neighbours on Galaxy Evolution across the SIMBA, IllustrisTNG, ASTRID, and Swift-EAGLE Simulations

Xavier Sims, Daniel Anglés-Alcázar외 7명|arXiv (Cornell University)|2026. 01. 09.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 0

한 줄 요약

본 연구는 CAMELS 시뮬레이션을 사용해 네 가지 은하 형성 모델에서 환경이 은하 및 홀로 속성에 미치는 영향을 비교하고, 환경의 영향이 모델에 따라 다르며 적색편이에 따라 진화함을 보여준다.

ABSTRACT

Internal feedback from massive stars and active galactic nuclei (AGN) play a key role in galaxy evolution, but external environmental effects can also strongly influence galaxies. We investigate the impact of environment on galaxy evolution, and its dependence on baryonic physics implementation, using Cosmology and Astrophysics with MachinE Learning Simulations (CAMELS) spanning a wide range of stellar and AGN feedback implementations in the SIMBA, IllustrisTNG, ASTRID, and Swift-EAGLE galaxy formation models. We show that satellite galaxies are significantly affected by the environment in all simulation models, with their gas fraction and star formation rate (SFR) suppressed in overdense regions compared to similar mass satellites in underdense environments at $z=0$. Central galaxies are less sensitive to environment but tend to show lower gas fraction and SFR in overdense regions at low stellar mass, transitioning to higher gas fraction and SFR for massive galaxies in higher-density environments. Halo baryon fraction ($f_{ m B}$) and circumgalactic medium mass fraction ($f_{ m CGM}$) at $z=0$ show clear environmental effects. In SIMBA, low-mass haloes in overdense regions have systematically lower $f_{ m B}$ and $f_{ m CGM}$ at fixed halo mass, while Swift-EAGLE haloes in overdense regions have systematically higher $f_{ m B}$ and $f_{ m CGM}$ across the full halo mass range, and IllustrisTNG and ASTRID show opposite trends at the low and high mass ends. Environmental effects can flip at higher redshift, with SFR and $f_{ m B}$ increasing with local density in low-mass haloes before quenching at an increasing overdensity threshold. Our results demonstrate that the impact of environment on galaxy evolution depends significantly on galaxy formation model, and higher-density environments can either suppress or enhance star formation depending on galaxy mass and cosmic epoch.

연구 동기 및 목표

• CAMELS 내에서 여러 은하 형성 모델에 걸쳐 국지적 환경이 은하 진화에 어떤 영향을 미치는지 조사한다.
• 적색편이 z=0에서의 홀로 바리온 분율, CGM 분율, 은하 가스 분율, SFR 및 이들의 적색편이에 따른 진화를 정량화한다.
• 다른 환경 정의와 질량 구간에 따른 환경 경향의 강건성을 평가한다.

제안 방법

• CAMELS 유체역학 시뮬레이션에서 네 가지 은하 형성 모델: SIMBA, IllustrisTNG, ASTRID, Swift-EAGLE를 이용한다.
• 환경 측정 두 가지를 채택한다: delta_N(은하 과밀도)와 D_N,f(근처 홀의 근접성), 각각 N=10 및 N=f=1로 설정한다.
• 홀로 및 은하 속성 계산: 홀의 바리온 분율 f_B, CGM 분율 f_CGM, 은하 가스 분율 f_gas, 반-별 질량 반경 내의 SFR를 계산한다.
• 환경 효과를 질량 의존성으로부터 격리하기 위해 고정 홀/별 질량 구간에서 과밀-저밀 서브샘플 비교한다.
• 통계적 유의성을 평가하기 위해 부트스트랩 중앙값, 90% 신뢰구간, Mann-Whitney-U 검정을 적용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 delta_10 및 D_1,1로 정의된 국지적 환경이 CAMELS 모델 간 홀의 바리온 분율에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 SIMBA, IllustrisTNG, ASTRID, Swift-EAGLE에서 고정된 홀/별 질량에서 CGM 및 은하 가스 분율은 환경에 따라 어떻게 달라지는가?
• RQ3 네 가지 은하 형성 모델 전반에서 위성 대 중심 은하의 SFR에 대한 환경 영향은 어떤가?
• RQ4 이 속성들에 대한 환경 효과는 적색편이에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ5 다른 환경 정의에 대해 환경 경향이 얼마나 강건한가?

주요 결과

• 적색편이 z=0에서 모든 모델에서 과밀 지역의 위성 은하가 가스 분율과 SFR을 억제한다.
• 저질량 은하의 경우 과밀 지역의 중심 은하가 가스 분율과 SFR이 더 낮고, 더 높은 질량의 은하에서는 더 밀집한 환경에서 더 높은 값으로 전환된다.
• 홀의 바리온 분율 f_B 및 CGM 분율 f_CGM은 질량에 따른 모델별 경향이 뚜렷하게 환경에 의존한다: SIMBA는 과밀 지역의 저질량 홀에서 f_B와 f_CGM이 더 낮고; Swift-EAGLE은 대부분의 질량에서 과밀 지역에서 더 높은 값으로 나타난다; IllustrisTNG와 ASTRID는 저질량 말단과 고질량 말단에서 서로 반대 경향을 보인다.
• 환경 효과는 적색편과 함께 역전될 수 있으며, 저질량 홀에서 국소 밀도가 커질수록 SFR 및 f_B가 증가하다가 더 높은 과밀 임계에서 억제된다.
• 전반적으로 환경이 은하 진화에 미치는 영향은 기저의 은하 형성 모델에 크게 의존하며, 밀도 효과가 질량 및 우주 시대에 따라 은하의 별 형성을 억제하거나 강화한다.