[논문 리뷰] Evolution of halo-halo clustering and bias in a LCDM model

Andrey V. Kravtsov, Anatoly Klypin외 2명|arXiv (Cornell University)|1998. 09. 29.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 밀도가 높은 영역에서의 과도한 융합 문제를 해결하기 위해 ΛCDM 프레임워크 내에서 고해상도 N-body 시뮬레이션을 사용하여 헬로-헬로 클러스터링과 척도에 의존하는 비율을 조사한다. 연구 결과, 은하 크기의 헬로는 모든 적색편이에서 기울기가 약 1.6–1.8인 거듭제곱 법칙에 따라 상관 함수를 따르며, 7/h Mpc 이하의 척도에서 척도에 의존하는 비율이 나타나며, z=0과 고적색편이에서 시뮬레이션된 헬로 클러스터링과 관측된 은하 자료 사이에 뛰어난 일치를 보인다.

ABSTRACT

We study the evolution of the halo-halo correlation function and bias in a LCDM model using very high-resolution N-body simulations. The high force and mass resolution allows dark matter (DM) halos to survive in the tidal fields in high-density regions and thus prevents the ambiguities related with the ``overmerging problem.'' Numbers of galaxy-size halos in cluster-like objects in our simulation are similar to the numbers of galaxies observed in real clusters. This allows us to estimate for the first time the evolution of the correlation function and bias at small (down to ~100/h kpc) scales. We compare particle distribution, dark matter correlation function, density profiles, and halo mass function produced with our N-body code and corresponding results of the AP3M simulations. We find that at all epochs the 2-point correlation function of galaxy-size halos xihh is well approximated by a power-law with slope ~1.6-1.8. The difference between the shape of xihh and the shape of the correlation function of matter results in the scale-dependent bias at scales <7/h Mpc, which we find to be a generic prediction of the hierarchical models, independent of the epoch and of the model details. We find that our results agree well with existing clustering data at different redshifts, indicating the general success of the picture of structure formation in which galaxies form inside the host DM halos. Particularly, we find an excellent agreement in both slope and the amplitude between xihh(z=0) in our simulation and the galaxy correlation function measured using the APM galaxy survey. At high redshifts, the observed clustering of the Lyman-break galaxies is also reasonably well reproduced by the models.

연구 동기 및 목표

• 고해상도 시뮬레이션을 통해 ΛCDM 모델 내에서 헬로-헬로 클러스터링과 비율의 진화를 연구하기 위해.
• 조밀한 환경에서의 인위적 융합 문제를 해결하기 위해 고력 및 고질량 해상도를 사용하여 어두운 물질 시뮬레이션의 정밀도를 향상시키기 위해.
• 다양한 적색편이에서 관측된 은하 클러스터링 자료와 시뮬레이션된 헬로 클러스터링을 비교하기 위해.
• 은하가 어둠의 물질 헬로 내부에 형성되는 계층적 구조 형성 모델의 일관성을 평가하기 위해.
• 작은 척도(~100/h kpc)에서의 비율의 척도 의존성과 그 시간에 따른 진화를 정량화하기 위해.

제안 방법

• 고밀도 영역에서 어둠의 물질 헬로를 해상도를 높여 해결하는 ΛCDM 천체역학 모델의 매우 고해상도 N-body 시뮬레이션을 수행하기 위해.
• tidal 환경에서의 보조 헬로의 인위적 융합을 방지하기 위해 고력 및 고질량 해상도 코드를 사용하기 위해.
• 다양한 적색편이에서 두 점 헬로-헬로 상관 함수(xihh)를 측정하여 클러스터링 진화를 추적하기 위해.
• 시뮬레이션된 헬로 상관 함수를 물질 상관 함수와 비교하여 척도에 의존하는 비율을 정량화하기 위해.
• AP3M 시뮬레이션과 APM 조사 및 라이만-브레이크 은하에서의 관측 자료를 바탕으로 결과를 검증하기 위해.
• 시뮬레이션의 신뢰성과 일관성을 확보하기 위해 밀도 프로파일, 질량 함수, 입자 분포를 분석하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 ΛCDM 모델에서 헬로-헬로 상관 함수는 시간이 지남에 따라 어떻게 진화하는가?
• RQ2 계층적 구조 형성에서 헬로와 기초 물질 사이의 비율은 어떤 성격을 가지며, 척도에 따라 어떻게 변하는가?
• RQ3 시뮬레이션된 은하 크기의 헬로는 z=0에서 관측된 은하 클러스터링의 진폭과 기울기를 어느 정도 재현하는가?
• RQ4 고해상도 시뮬레이션은 과도한 융합 문제를 해결하고 현실적인 군집 유사 헬로 집단을 생성할 수 있는가?
• RQ5 시뮬레이션된 헬로 클러스터링 결과는 고적색편이에서의 라이만-브레이크 은하 관측과 얼마나 잘 일치하는가?

주요 결과

• 모든 연구된 적색편이에서 두 점 헬로-헬로 상관 함수(xihh)는 기울기가 약 1.6–1.8인 거듭제곱 법칙을 따르며, 이는 일관된 패턴을 보인다.
• 7/h Mpc 이하의 척도에서 척도에 의존하는 비율이 나타나며, 이는 시대나 모델 세부 사항과 무관하게 계층적 모델의 일반적 특성이다.
• z=0에서의 시뮬레이션된 헬로 상관 함수는 APM 은하 조사의 진폭과 기울기 모두에서 관측 결과와 강력한 일치를 보이며, 관측과의 일치를 시사한다.
• 시뮬레이션에서 군집 유사 구조 내에 존재하는 은하 크기의 헬로 수는 실제 군집 내 관측된 은하 수와 일치한다.
• 고적색편이에서의 라이만-브레이크 은하 클러스터링은 모델에 의해 합리적으로 잘 재현되며, 헬로 기반 은하 형성 모델을 지지한다.
• 시뮬레이션 결과는 입자 분포, 물질 상관 함수, 밀도 프로파일, 질량 함수에서 AP3M 시뮬레이션과 양호한 일치를 보인다.