[논문 리뷰] Fossil groups in the Millennium simulation. From the brightest to the faintest galaxies during the past 8 Gyr

María José Kanagusuku, Eugenia Díaz-Giménez외 1명|Americanae (AECID Library)|2015. 11. 18.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 46인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 밀레니엄 시뮬레이션 II와 반분석적 은하 모델을 사용하여 지난 8 Gyr 동안 고요한 군집과 비고요한 군집 내 밝고 어두운 은하의 진화를 조사한다. 연구 결과, 고요한 군집은 약 3.5 Gyr 전에 조기에 급격한 융합을 겪어 큰 등급 간격을 형성하였으며, 이는 오늘날까지 지속되는 고유한 빛의 샘플링을 초래한다. 어두운 은하의 수는 고요한 군집에서 조기에 안정화된 후 급격히 증가하여, 조기 융합 속도에 의해 결정되는 고유한 형성 역사를 반영한다.

ABSTRACT

We investigate the evolution of bright and faint galaxies in fossil and non-fossil groups. We used mock galaxies constructed based on the Millennium run simulation II. We identified fossil groups at redshift zero according to two different selection criteria, and then built reliable control samples of non-fossil groups that reproduce the fossil virial mass and assembly time distributions. The faint galaxies were defined as having r-band absolute magnitudes in the range [-16,-11]. We analysed the properties of the bright and faint galaxies in fossil and non-fossil groups during the past 8 Gyr. We observed that the brightest galaxy in fossil groups is typically brighter and more massive than their counterparts in control groups. Fossil groups developed their large magnitude gap between the brightest galaxies around 3.5 Gyr ago. The brightest galaxy stellar masses of all groups show a notorious increment at that time. By analysing the behaviour of the magnitude gap between the first and the second, third, and fourth ranked galaxies, we found that at earlier times, fossil groups comprised two large brightest galaxies with similar magnitudes surrounded by much fainter galaxies, while in control groups these magnitude gaps were never as large as in fossils. At early times, fossil groups in the faint population were denser than non-fossil groups, then this trend reversed, and finally they became similar at the present day. The mean number of faint galaxies in non-fossil systems increases in an almost constant rate towards later times, while this number in fossil groups reaches a plateau at $z\sim0.6$ that lasts $\sim 2$ Gyr, and then starts growing again more rapidly. The formation of fossil groups is defined at the very beginning of the groups according to their galaxy luminosity sampling, which could be determined by their merging rate at early times.

연구 동기 및 목표

• 고요한 군집의 형성과 진화를 비고요한 군집 대조군과의 은하 집단 비교를 통해 이해하기 위해.
• 고요한 군집 내 은하의 빛의 샘플링이 조기 융합 역사를 통해 결정되는지 조사하기 위해.
• 우주의 시간에 따라 고요한 군집과 비고요한 군집 내 빛의 샘플링(등급 간격)과 어두운 은하(M_r ∈ [-16,-11])의 진화를 분석하기 위해.
• 다른 고요한 군집 선별 기준( Jones et al. 2003 vs. Dariush et al. 2010)이 은하 집단의 진화 추세에 유의미한 영향을 미치는지 테스트하기 위해.
• 환경과 유입이 고요한 시스템 내 어두운 은하의 수 밀도와 분포를 어떻게 형성하는지 평가하기 위해.

제안 방법

• 은하 형성의 반분석적 모델을 적용한 밀레니엄 런 시뮬레이션 II의 모의 은하를 사용하였다.
• z=0에서 두 가지 기준을 사용해 고요한 군집을 식별하였다: 고전적 ΔM12 > 2 기준과 Dariush et al. (2010)의 조기 조립 시간 기반 기준.
• 고요한 군집과 동일한 비르리얼 질량 및 조립 시간 분포를 갖는 비고요한 군집 제어 샘플을 구성하였다.
• z ≈ 1에서 z = 0까지 고요한 군집과 제어 군집 내 가장 밝은 은하(BGG)와 어두운 은하(M_r ∈ [-16,-11])의 진화를 추적하였다.
• 첫 번째 랭크 은하와 두 번째, 세 번째, 네 번째 랭크 은하 간의 등급 간격(ΔM12, ΔM13, ΔM14)을 시간에 따라 분석하였다.
• 적색편이 밴드에 따른 수 밀도 프로파일과 어두운 은하의 평균 수 계수를 적색편이 구간에 따라 고요한 군집과 제어 군집 간 비교 분석하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고요한 군집은 비고요한 군집보다 큰 등급 간격을 더 이르게 형성했는가? 이 형성의 원인은 무엇인가?
• RQ2 초기 천체 시대에 고요한 군집과 비고요한 군집 간 빛의 샘플링과 어두운 은하의 분포는 어떻게 다를까?
• RQ3 조기 융합 속도가 고요한 시스템 내 고유한 은하 집단 진화를 형성하는 데 어떤 역할을 했는가?
• RQ4 왜 고요한 군집 내 어두운 은하의 수는 z ≈ 0.6까지 거의 일정하게 유지되었다가 이후 급격히 증가하는가? 비고요한 군집과의 차이는 무엇인가?
• RQ5 다른 고요한 군집 선별 기준이 은하 집단의 추론된 진화 역사를 어느 정도 영향을 미치는가?

주요 결과

• 고요한 군집 내 첫 번째 랭크 은하와 두 번째 랭크 은하 간의 등급 간격은 약 3.5 Gyr 전에 형성되었으며, 이는 가장 밝은 은하의 항성 질량이 급격히 증가한 시점과 겹친다.
• 조기 시기(z ≳ 0.7)에 고요한 군집은 제어 군집보다 더 큰 등급 간격을 보였으며, 이는 초기 단계부터 더욱 두드러진 빛의 샘플링을 의미한다.
• z ≳ 0.7 시기 어두운 은하 집단은 고요한 군집에서 제어 군집보다 더 높은 밀도를 보였지만, z ≈ 0.3–0.5에서 이 경향이 반전되어 제어 군집이 더 높은 밀도를 보였다.
• 고요한 군집 내 어두운 은하의 평균 수는 z ≈ 0.6에서 정점에 도달하여 약 2 Gyr 동안 거의 일정하게 유지된 후 급격히 증가하였으며, 제어 군집의 점진적 증가와는 뚜렷한 차이를 보였다.
• Dariush et al. (2010)의 선별 기준은 고전적 Jones et al. (2003) 기준보다 조기에 조립이 이루어지고 더 질량이 큰 가장 밝은 은하를 갖는 고요한 시스템을 식별한다.
• 고요한 군집과 제어 군집 내 어두운 은하 수의 진화는 유의미하게 다릅니다: 고요한 군집은 유입 감소로 인해 조기에 안정화되며, 제어 군집은 점진적 성장을 보여, 서로 다른 환경 또는 유입 역사를 반영한다.