[논문 리뷰] Galaxy Clustering and Large-Scale Structure from z = 0.2 to z = 0.5 in Two Norris Redshift Surveys

Todd A. Small, Chung‐Pei Ma외 2명|ArXiv.org|1999. 01. 14.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 59인용 수 16

한 줄 요약

이 연구는 팔로마 200인치 망원경의 노리스 스펙트로그래프에서 확보한 두 개의 독립적인 적색이동 조사 자료를 이용해 적색이동 z = 0.2에서 z = 0.5 사이의 은하 군집과 대규모 구조를 분석한다. 이 범위에서 공변 상관 길이(3.70 ± 0.13 h⁻¹ Mpc)는 변화가 없으며, 등급 법칙 기울기는 γ = 1.77 ± 0.05이다. 밝고 정적인 은하가 더 강하게 군집되어 있으며, 이중 속도 분산은 국지 값보다 약 25% 낮다.

ABSTRACT

(abridged) We present a study of the nature and evolution of large-scale structure based on two independent redshift surveys of faint field galaxies conducted with the 176-fiber Norris Spectrograph on the Palomar 200-inch telescope. The two surveys together sparsely cover ~20 sq. degrees and contain 835 r < 21 mag galaxies with redshifts 0.2 < z < 0.5. Both surveys have a median redshift of z = 0.30. In order to obtain a rough estimate of the cosmic variance, we analyze the two surveys independently. We measure the comoving correlation length to be 3.70 +/- 0.13 h^-1 Mpc at z = 0.30 with a power-law slope gamma = 1.77 +/- 0.05. Dividing the sample into low (0.2 < z < 0.3) and high (0.32 < z < 0.5) redshift intervals, we see no evidence for a change in the comoving correlation length over the redshift range 0.2 < z < 0.5. Similar to the well-established results in the local universe, we find that intrinsically bright galaxies are more strongly clustered than intrinsically faint galaxies and that galaxies with little ongoing star formation, as judged from the rest-frame equivalent width of the [OII]3727, are more strongly clustered than galaxies with significant ongoing star formation. The rest-frame pairwise velocity dispersion of the sample is 326^+67_-52 km s^-1, ~25% lower than typical values measured locally. The appearance of the galaxy distribution, particularly in the more densely sampled Abell 104 field, is quite striking. The pattern of sheets and voids which has been observed locally continues at least to z ~ 0.5. A friends-of-friends analysis of the galaxy distribution supports the visual impression that > 90% of all galaxies at z < 0.5 are part of larger structures with overdensities of > 5.

연구 동기 및 목표

• 중간 적색이동(z = 0.2에서 z = 0.5)에서 우주의 대규모 구조의 진화를 조사하기 위해.
• 두 개의 독립적인 적색이동 조사에서 희미한 필드 은하에 대한 공변 두 점 공간 상관 함수와 이중 속도 분산을 측정하기 위해.
• 은하 군집 강도, 형상 및 운동학이 우주의 시간에 따라 진화하는지 평가하기 위해.
• 냉각된 어두운 물질 모델의 N체 시뮬레이션 예측과 관측된 대규모 구조 패턴을 비교하기 위해.
• 유사한 중앙 적색이동을 가진 두 개의 독립적 조사 영역을 분석하여 천체 물리적 변동성의 영향을 평가하기 위해.

제안 방법

• 팔로마 200인치 망원경의 176섬유 노리스 스펙트로그래프를 사용해 두 개의 적색이동 조사를 실시하였으며, 약 20 제곱도의 천구 영역을 커버하였다.
• 적색이동 범위 0.2 < z < 0.5 내에서 r ≤ 21 mag인 835개의 은하에 대해 적색이동을 측정하였으며, 중앙 적색이동은 z_med ≈ 0.30이다.
• 공간 상관 함수 ξ(r)를 등급 법칙 피팅을 통해 계산: ξ(r) = (r/r₀)⁻ᵞ, 여기서 r₀와 γ는 자유 매개변수이다.
• 안정된 군집 가정(F = 1)을 가정하여, 투영 거리 rₚ에 대한 이중 속도 분산 σ₁₂(rₚ)를 추정하였다.
• 은하를 휴면 상태와 별 형성 상태로 구분하기 위해, 휴면 기준 [O II] λ3727 등가 폭(W₀)을 사용하였다.
• 대규모 구조를 식별하기 위해 친구-친구 알고리즘을 적용하였으며, 과밀도 ≥5인 영역을 의미 있는 구조로 정의하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 z = 0.2에서 z = 0.5 사이에서 은하의 공변 상관 길이가 진화하는가?
• RQ2 z ≈ 0.3에서의 은하 이중 속도 분산은 근처 은하계의 국지 값과 어떻게 비교되는가?
• RQ3 내재적으로 더 밝거나 더 정적(낮은 [O II] 등가 폭)인 은하가 중간 적색이동에서 더 강하게 군집되는가?
• RQ4 시트와 공허와 같은 대규모 구조는 z ≈ 0.3에서 얼마나 오랫동안 지속되며, 은하의 몇 퍼센트가 과밀도 영역에 속해 있는가?
• RQ5 냉각된 어두운 물질 모델의 N체 시뮬레이션은 관측된 은하 분포 및 군집 특성을 얼마나 잘 재현하는가?

주요 결과

• 중앙 적색이동 z_med = 0.30에서 공변 상관 길이는 r₀ = 3.70 ± 0.13 h⁻¹ Mpc이며, 등급 법칙 기울기는 γ = 1.77 ± 0.05로, z = 0.2에서 z = 0.5 사이에서 유의미한 진화가 없음을 보여준다.
• rₚ = 1.24 h⁻¹ Mpc에서 이중 속도 분산은 326⁺⁶⁷₋₅² km s⁻¹이며, 일반적인 국지 값보다 약 25% 낮다.
• W₀[O II] < 10 Å(정적)인 은하는 W₀[O II] > 10 Å(별 형성 중)인 은하보다 더 높은 상관 길이(4.16 ± 0.18 h⁻¹ Mpc)를 보인다.
• h = 1을 사용해 정의한 내재적으로 더 밝은 은하(M_B,AB < M*)는 상관 길이 4.09 ± 0.37 h⁻¹ Mpc를 보이며, 더 희미한 은하는 r₀ = 3.50 ± 0.27 h⁻¹ Mpc를 보인다.
• 친구-친구 분석 결과, z ≲ 0.5에서 최소 90%의 은하가 과밀도 ≥5인 구조에 속해 있으며, 알고리즘 설정에 따라 달라진다.
• 관측된 대규모 구조, 특히 시트와 공허는 z ≲ 0.5까지 지속되며, 시각적 패턴이 냉각된 어두운 물질 모델의 N체 시뮬레이션과 일치한다.