[논문 리뷰] Evolution of the galaxy merger rate in model universes

A. Mateus|ArXiv.org|2008. 02. 20.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 1인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 밀레니엄 시뮬레이션에 적용된 반분석적 은하 형성 모델에서 은하 병합 비율의 진화를 분석하여, z=0에서 z=2까지 (1+z)^0.6–0.8의 비율로 증가하는 것으로 밝혀졌으며, 관측 결과와 일치하는 약한, 거의 평탄한 진화를 보인다. Bower et al. 모델은 관측된 쌍 분율과 병합 비율을 잘 재현하지만, De Lucia & Blaizot 모델은 거의 일정한 비율을 예측하여, 유사한 헬로 병합 비율을 가짐에도 불구하고 병합 비율 진화에 모델에 따라 달라지는 격차가 있음을 시사한다.

ABSTRACT

We investigate the evolution of the galaxy merger rate predicted by two semi-analytical galaxy formation models implemented on the Millennium Simulation of dark matter structure growth. The fraction of merging galaxy pairs at each time-step of the simulation is derived from the galaxy catalogues obtained by the models and the results are compared with various observational estimates of merger fractions taken from the literature. We find a good match between the pair fractions derived from the simulation and the observed counting of galaxy pairs obtained by different sources in the redshift range 0 < z < 1.2. The predicted evolution of the number of galaxy mergers per Gyr grows with redshift as an exponential rate proportional to (1+z)^m, with m ranging from 0.6 to 0.8 for 0 < z < 2, depending on the luminosity and mass ratios of the merging galaxies. Our results are in agreement with recent observational results that argue for a flat evolution in the fraction of galaxy mergers since z ~ 1.2. The weak evolution predicted for the galaxy merger rate in an hierarchical model universe shows that the mass assembly evolution of galaxies through mergers does not follow the rapid evolution of the halo merger rate obtained in previous studies.

연구 동기 및 목표

• 계층적 CDM 우주론에서 반분석적 은하 형성 모델이 예측하는 적색편이에 따른 은하 병합 비율의 진화를 평가하기 위해.
• 0 < z < 2 범위에서 시뮬레이션된 은하 병합 비율과 쌍 분율을 관측적 추정치와 비교하기 위해.
• 계층적 모델에서 어째서 은하 병합 비율이 다크 물질 헬로 병합 비율보다 더 느리게 진화하는지 조사하기 위해.
• 다양한 은하 형성 모델(Bower et al. 및 De Lucia & Blaizot)이 병합 분율과 비율에 대한 관측 제약 조건과 얼마나 일치하는지 평가하기 위해.

제안 방법

• 밀레니엄 시뮬레이션에 적용된 두 반분석적 모델(Bower et al. 2006 및 De Lucia & Blaizot 2007)의 은하 카탈로그와 병합 트리 사용.
• 공간적 근접성과 질량 비율(예: 4:1, 6:1, 10:1)을 기반으로 시뮬레이션 내 은하 쌍을 식별하여 병합 비율 추정.
• 적색편이의 함수로 매기어진 병합 비율(Γ_mrg)을 계산하고, 거듭제곱 법칙에 적합하여 Γ_mrg ∝ (1+z)^m 형태로 표현.
• 근접 쌍 수와 형태 비대칭성 기반으로 관측 설문조사의 결과와 시뮬레이션된 쌍 분율 및 병합 비율을 비교.
• 주요 병합을 정의하기 위해 질량 비율 임계값을 적용하고, 이가 유도된 병합 비율 진화에 미치는 영향 평가.
• 헬로와 준헬로를 식별하기 위해 SUBFIND 알고리즘을 사용하고, 은하 진화를 시간에 따라 추적하기 위해 병합 트리를 구축.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 밀레니엄 시뮬레이션 기반 반분석적 모델에서 은하 병합 비율은 적색편이에 따라 어떻게 진화하는가?
• RQ2 예측된 병합 비율과 쌍 분율이 적색편이 범위 0 < z < 2에서 관측 추정치와 얼마나 일치하는가?
• RQ3 왜 계층적 모델에서 은하 병합 비율은 다크 물질 헬로 병합 비율보다 더 느리게 진화하는가?
• RQ4 다른 은하 형성 모델(Bower et al. 대비 De Lucia & Blaizot)은 병합 비율 진화 예측에서 어떻게 다를까?
• RQ5 어느 질량 비율 임계값이 관측 결과와 일치하는 병합 비율 진화를 유도하는가?

주요 결과

• Bower et al. 모델에서 은하 병합 비율은 M_B^lim = -19.5일 때 Γ_mrg ∝ (1+z)^0.767, M_B^lim = -20.0일 때 (1+z)^0.596로 진화하며, 다양한 빛의 세기와 질량 비율 선택에서 m는 0.6에서 0.8 사이로 변동한다.
• Bower et al. 모델은 z=0에서 z=1.2 사이의 관측 쌍 분율(예: Patton et al. (1997), Le Fèvre et al. (2000), Lin et al. (2004))과 양호한 일치를 보인다.
• De Lucia & Blaizot (2007) 모델은 거의 일정한 병합 비율(m ≈ 0)을 예측하며, 이는 관측 결과와 Bower et al. 모델과도 일치하지 않아, 병합 비율 예측에 모델에 따라 달라지는 편향이 있음을 시사한다.
• 병합 비율 진화는 질량 비율 임계값에 민감하며, 10:1일 때 m = 0.59, 6:1일 때 m = 0.63, 4:1일 때 m = 0.68로 나타나, 임계값에 관계없이 약한, 거의 평탄한 진화를 보인다.
• 은하 병합 비율의 약한 진화(m ≈ 0.6–0.8)는 헬로 병합 비율의 급격한 진화(m ≈ 2–3)와 뚜렷하게 대비되며, 은하 병합이 직접적으로 헬로 병합 비율을 반영하지 않는다는 것을 확인한다.
• 최근 관측 결과는 z ≈ 1.2 이후 병합 분율이 거의 진화하지 않았으며, m ≈ 0.5–1로 나타나며, 이는 Bower et al. 모델이 관측 결과와 더 잘 일치함을 뒷받침한다.