[논문 리뷰] Halo collapse: virialization by shear and rotation in dynamical dark-energy models

Francesco Pace, C. Schimd외 2명|arXiv (Cornell University)|2018. 11. 29.

Geophysics and Gravity Measurements인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 다이나믹스적 어두운 에너지 모델에서 비정상 상태의 비틀림과 회전을 포함한 구형 붕괴 모델을 확장하여, 에인슈타인-디스터 모의 실험에서의 특이 속도 자료를 이용해 비탈리 과잉밀도 Δ_vir를 校정하는 것을 보여준다. 다양한 모델에서 Δ_vir는 10%에서 40% 사이로 변동하며 질량에 독립적이고, 허브르 질량 함수 추정에 상당한 영향을 미친다.

ABSTRACT

We study the evolution of the virial overdensity $\Delta_{ m vir}$ for the $\Lambda$CDM and seven dynamical dark energy models by means of the extended spherical collapse model (SCM), in which the virialization process is naturally achieved by introducing shear and rotation. We generalise two approaches proposed in the literature and show that, regardless of the dark-energy model, the new virialization term can be calibrated on the peculiar velocity of the shell as measured from Einstein-de Sitter simulations. The two virialization recipes qualitatively reproduce the same features of the ordinary SCM, with a constant $\Delta_{ m vir}$ for the EdS model and time-varying for dark-energy models, but without any mass dependence. Depending on the actual description of virialization and on the dark energy model, the value of $\Delta_{ m vir}$ varies between 10 and 40 percent. As pivotal quantity in spherical overdensity algorithms, $\Delta_{ m vir}$ might fairly affect the halo mass function computed from $N$-body simulations and observed density fields.

연구 동기 및 목표

• 다이나믹스적 어두운 에너지 시나리오에서 더 현실적인 비탈리화를 위해 구형 붕괴 모델에 비틀림과 회전을 포함시키기.
• 에인슈타인-디스터 모의 실험에서의 특이 속도 자료를 이용해 여러 어두운 에너지 모델에 걸쳐 비탈리 과잉밀도 Δ_vir를 校정하기.
• 비탈리화 규정이 N-체 시뮬레이션과 관측된 밀도장에서 허브르 질량 함수에 어떤 영향을 미치는지 평가하기.
• 비틀림과 회전을 포함한 비탈리화 과정에서 Δ_vir가 다양한 어두운 에너지 모델에서 질량에 독립적인지 확인하기.

제안 방법

• 확장된 구형 붕괴 모델 내에서 기존의 두 가지 비탈리화 접근법을 일반화하여 비틀림과 회전 에너지 기여를 포함한다.
• 기준으로 삼을 에인슈타인-디스터 모의 실험에서의 특이 속도 측정 자료를 이용해 새로운 비탈리화 항을 校정한다.
• ΛCDM와 일곱 개인 다이나믹스적 어두운 에너지 모델에 대해 확장된 구형 붕괴 모델을 적용하여 Δ_vir의 진화를 계산한다.
• 모델 간에 결과적으로 도출된 Δ_vir 값을 비교하고, 시간에 따른 의존성과 크기 범위를 평가한다.
• 교정된 비탈리화 항을 이용해 그가 허브르 질량 함수 계산에 미치는 영향을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 구형 붕괴 모델에 비틀림과 회전을 포함시키면 다이나믹스적 어두운 에너지 모델에서 비탈리 과잉밀도 Δ_vir에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 에인슈타인-디스터 모의 실험에서의 특이 속도 자료를 이용해 다양한 어두운 에너지 모델에 걸쳐 비탈리화 항을 일관되게 校정할 수 있는가?
• RQ3 비틀림과 회전을 포함한 비탈리화 과정에서 비탈리 과잉밀도 Δ_vir는 질량에 독립적인가?
• RQ4 새로운 비탈리화 규정 하에서 ΛCDM와 다이나믹스적 어두운 에너지 모델 간의 Δ_vir 변화 범위는 무엇인가?

주요 결과

• 비틀림과 회전을 구형 붕괴 모델에 포함시킴으로써, 부호적 가정이 필요 없이 자연스러운 비탈리화 과정이 가능해진다.
• 에인슈타인-디스터 모의 실험에서의 특이 속도 자료를 이용해 비탈리 과잉밀도 Δ_vir가 교정되었으며, 다양한 어두운 에너지 모델 간에서 일관성을 유지한다.
• Δ_vir는 어두운 에너지 모델과 비탈리화 규정에 따라 10%에서 40% 사이로 변동하며, 질량에 의존하지 않는다.
• 확장된 모델은 표준 구형 붕괴 모델의 정성적 행동을 재현하며, 에인슈타인-디스터의 경우는 일정한 Δ_vir를, 어두운 에너지 모델의 경우는 시간에 따라 변하는 Δ_vir를 나타낸다.
• 비탈리 과잉밀도 Δ_vir가 구형 과잉밀도 알고리즘에서 핵심적인 역할을 하므로, 그 변화는 시뮬레이션과 관측에서의 허브르 질량 함수 추정에 상당한 영향을 미칠 수 있다.