[논문 리뷰] Connected structure in the 2dFGRS

D. N. A. Murphy, V. R. Eke외 1명|2010. 10. 11.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 43인용 수 14

한 줄 요약

이 논문은 적색편이 은하 조사에서 연결된 대규모 구조를 식별하기 위해 이중 단계 친구의 친구 알고리즘을 도입한다. 원통형 연결을 사용해 군집 운동으로 인한 적색편이 공간 왜곡을 완화하고, 이후 구형 연결을 통해 필라멘터리 시스템을 탐지한다. 2dFGRS에 적용한 결과, 200 h⁻¹ Mpc 이내의 크기까지 연결된 시스템 7,603개를 복구하였으며, 빛의 강도가 약 10¹⁴ h⁻² L⊙에 가까운 두 개의 거대한 필라멘터리 시스템이 포함되어 있다. 이는 조정된 ΛCDM 모의 조사에서는 재현되지 않으며, 은하 형성 모델이 대규모 구조의 빈도를 과소평가하고 있음을 시사한다.

ABSTRACT

We describe and apply a simple prescription for defining connected structures in galaxy redshift surveys. The method is based upon two passes with a friends-of-friends groupfinder. The first pass uses a cylindrical linking volume to find galaxy groups and clusters, in order to suppress the line-of-sight smearing introduced by the large random velocities of galaxies within these deep potential wells. The second pass, performed with a spherical linking volume, identifies the connected components. This algorithm has been applied to the 2dFGRS, within which it picks out a total of 7,603 systems containing at least two galaxies and having a mean redshift less than 0.12. Connected systems with many members appear filamentary in nature, and the algorithm recovers two particularly large filaments within the 2dFGRS. For comparison, the algorithm is has also been applied to LambdaCDM mock galaxy surveys. While the model population of such systems is broadly similar to that in the 2dFGRS, it does not generally contain such extremely large structures.

연구 동기 및 목표

• 적색편이 공간 왜곡을 고려한 안정적인 방법을 개발하여 은하 적색편이 조사에서 연결된 대규모 구조를 식별하는 것.
• 2dFGRS에서 필라멘터리 구조의 성질, 특히 빛의 강도와 공간적 크기를 정량화하는 것.
• 관측된 연결된 구조의 분포를 ΛCDM 모의 은하 조사와 비교하여 모델이 극단적인 대규모 특징을 재현할 수 있는지 테스트하는 것.
• 2dFGRS에서 가장 빛나는 구조, 예를 들어 거대한 필라멘터리 시스템이 표준 ΛCDM 우주론 모델의 예측을 도전하는지 조사하는 것.

제안 방법

• 이 방법은 이중 단계 친구의 친구(FoF) 알고리즘을 사용한다: 첫 번째 단계에서는 원통형 연결 부피를 적용하여 은하 군집과 은하단을 식별하고, 깊은 잠재력 우물 내에서 무작위 속도로 인한 선형 방향 흐림을 감소시킨다.
• 두 번째 단계에서는 구형 연결 부피를 사용하여 군집을 더 큰 연결된 구성요소로 연결하여 조사 범위 전체에 걸쳐 필라멘터리 구조를 식별한다.
• 알고리즘은 2dFGRS 데이터에 적용되며, 이는 1500 deg²를 커버하고, 중앙 적색편이 0.11, 볼륨 한계가 bJ ~ 19.45인 191,897개의 은하를 포함한다.
• 연결된 시스템의 빛의 강도는 조사의 볼륨 한계를 보정하기 위해 magnitude-limited 보정 요소 χ를 사용하여 보정되며, 이는 2dFGRS에서 큰 시스템의 방향 분포와 일치하도록 조정된다.
• 동일한 알고리즘은 ΛCDM 시뮬레이션에서 유도된 50개의 2BASICC 모의 카탈로그에 적용되어 구조 통계를 비교한다.
• Hubble Volume 모의 카탈로그도 교차 검증을 위해 사용되며, χ는 2dFGRS 시스템의 방향 분포와 일치하도록 조정된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 2dFGRS에서 가장 큰 연결된 구조, 예를 들어 거대한 필라멘터리 시스템이 ΛCDM 모의 조사의 통계적 기대를 초과하는가?
• RQ2 군집 내 은하 운동으로 인한 적색편이 공간 왜곡이 연결된 대규모 구조 탐지에 얼마나 큰 영향을 미치는가?
• RQ3 2dFGRS에서 연결된 시스템의 빛의 강도와 공간적 크기는 ΛCDM 기반 모의 조사와 어떻게 비교되는가?
• RQ4 모의 조사에서 연결 알고리즘의 경험적 보정이 2dFGRS에서 관측된 가장 극단적인 구조의 방향성과 빛의 강도 분포를 재현할 수 있는가?

주요 결과

• 알고리즘은 적어도 두 개의 은성을 포함하고 평균 적색편이 ≤ 0.12인 2dFGRS에서 7,603개의 연결된 구조를 식별하였다. 이들은 최대 약 200 h⁻¹ Mpc의 크기까지 연장된다.
• 2dFGRS에서 가장 빛나는 연결된 시스템은 bJ 빛의 강도가 약 10¹⁴ h⁻² L⊙에 가까워 필라멘터리 형태임을 시사한다.
• 조직된 연결 매개변수 χ를 사용하여 모의 조사에서 큰 시스템의 방향 분포를 일치시킨 후에도, 가장 빛나는 모의 시스템은 2dFGRS에서 가장 빛나는 시스템보다 현저히 빛의 강도가 낮다.
• 이 격차는 50개의 2BASICC와 22개의 Hubble Volume 시뮬레이션을 포함한 여러 모의 카탈로그에서 지속되며, 통계적 변동 때문이 아니라는 것을 시사한다.
• 모델에서 군집과 은하단 내에서 저광도 은하의 과잉 존재는 큰 시스템의 방향을 반경 방향으로 향하게 하며, 이는 2dFGRS에서는 관측되지 않는다.
• 결과적으로, 모의 조사에서 가장 빛나는 필라멘터리 시스템을 재현하지 못하는 것은 ΛCDM 우주론 모델의 근본적인 결함 때문이 아니라 은하 형성 모델의 한계 때문임을 시사한다.