[논문 리뷰] Observed structural parameters of EAGLE galaxies: reconciling the mass-size relation in simulations with local observations

Anna de Graaff, James W. Trayford외 4명|arXiv (Cornell University)|2022. 01. 01.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 91인용 수 56

한 줄 요약

이 연구는 EAGLE 은하의 시뮬레이션과 관측 간의 크기-질량 관계를 조율하기 위해, 먼지 효과를 포함하기 위해 복사전달을 사용하여 r-대역 모의 이미지를 생성하고, 구조적 파arameter를 세르시 프로파일 피팅을 통해 측정함으로써 관측 방법과 유사하게 접근한다. 이는 관측과 시뮬레이션 간의 크기 불일치를 0.1 디엑스로 줄여, 성간성 및 휴면 은하 모두에서 상당한 개선을 이룬다.

ABSTRACT

We use mock images of $z=0.1$ galaxies in the 100 Mpc EAGLE simulation to establish the differences between the sizes and morphologies inferred from the stellar mass distributions and the optical light distributions. The optical, $r$-band images used were constructed with a radiative transfer method to account for the effects of dust, and we measure galaxy structural parameters by fitting S\'ersic models to the images with Galfit. We find that the derived $r$-band half-light radii differ systematically from the stellar half-mass radii, as the $r$-band sizes are typically 0.1 dex larger, and can deviate by as much as $\approx0.5$ dex. The magnitude of this size discrepancy depends strongly on the dust attenuation and star formation activity within the galaxy, as well as the measurement method used. Consequently, we demonstrate that the $r$-band sizes significantly improve the agreement between the simulated and observed stellar mass-size relation: star-forming and quiescent galaxies in EAGLE are typically only slightly larger than observed in the GAMA survey (by 0.1 dex), and the slope and scatter of the local mass-size relation are reproduced well for both populations. Finally, we also compare the obtained morphologies with measurements from GAMA, finding that too few EAGLE galaxies have light profiles that are similar to local early-type galaxies (S\'ersic indices of $n\sim 4$). Despite the presence of a significant population of triaxial systems among the simulated galaxies, the surface brightness and stellar mass density profiles tend to be closer to exponential discs ($n\sim1-2$). Our results highlight the need to measure the sizes and morphologies of simulated galaxies using common observational methods in order to perform a meaningful comparison with observations.

연구 동기 및 목표

• 우주론적 시뮬레이션에서 관측된 국지 은하와 비교해 은하 크기를 지속적으로 과대 예측하는 문제를 해결하기 위해.
• 은하의 별 질량 분포와 옵티컬 빛 분포 간의 차이가 시뮬레이션에서 크기 측정에 어떻게 영향을 주는지 조사하기 위해.
• 먼지 감쇠와 측정 방법론이 시뮬레이션된 질량-크기 관계에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• EAGLE 은하가 세르시 지수와 축비 분포 측면에서 관측된 형태적 특성과 일치하는지 평가하기 위해.
• 같은 관측 분석 기법을 적용하여 시뮬레이션과 관측 은하 간에 공정하고 직접적인 비교를 가능하게 하기 위해.

제안 방법

• 먼지 흡수와 산란을 포함하기 위해 SKIRT 복사전달 코드를 사용하여 z = 0.1 EAGLE 은하의 r-대역 모의 이미지를 생성하였다.
• SDSS 유사 광학 데이터를 모방하기 위해 실제 노이즈와 해상도 매칭을 적용하였다.
• 직접 광학 이미지와의 비교를 위해 동일한 노이즈와 해상도를 가진 별 질량 기반 이미지 세트를 제작하였다.
• SExtractor를 사용해 소스 탐지하고, Galfit를 사용해 광학 및 질량 이미지에 대해 세르시 모델을 피팅하여 반광선 반경과 반질량 반경을 추출하였다.
• 형태 비교를 위해 세르시 지수, 축비, 표면 밝기 프로파일을 측정하였다.
• 주로 질량-크기 관계와 구조적 파arameter에 초점을 맞춰, 시뮬레이션과 관측된 GAMA 설문 데이터 간의 체계적 비교를 수행하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 모의 광학 이미지에서 유도된 r-대역 반광선 반경은 EAGLE 시뮬레이션의 별 질량 반질량 반경과 어떻게 비교되는가?
• RQ2 먼지 감쇠와 M*/L 기울기의 영향이 시뮬레이션 은하의 추정 크기에 어느 정도 기여하는가?
• RQ3 모의 관측에 대해 세르시 프로파일을 피팅하면 시뮬레이션과 관측된 질량-크기 관계 간의 일치도가 향상되는가?
• RQ4 EAGLE 은하는 세르시 지수와 축비 분포 측면에서 관측된 국지 은하와 형태적으로 일치하는가?
• RQ5 시뮬레이션 해상도, 피드백 모델, 압력 바닥값이 고전적 복합핵 유사 은하의 부족에 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• r-대역 반광선 반경은 평균적으로 별 질량 반질량 반경보다 0.1 디엑스 더 크며, M*/L 기울기로 인해 외곽선은 최대 0.5 디엑스까지 벗어날 수 있다.
• r-대역 반경과 질량 기반 크기 간의 불일치는 주로 먼지 감쇠, 성간성 활동, 측정 방법에 의해 주도된다.
• 세르시 피팅을 통해 유도된 r-대역 반광선 반경을 사용할 경우, 성간성 및 휴면 은하 모두에서 시뮬레이션된 질량-크기 관계가 GAMA 관측치와 0.1 디엑스 이내로 일치한다.
• 관측된 질량-크기 관계의 기울기와 산란은 관측 기법을 사용할 경우 EAGLE에서 잘 재현된다.
• EAGLE 은하는 세르시 지수 ≈4인 복합핵 유사 시스템이 부족하며, 표면 밀도 및 질량 밀도 프로파일이 너무 디스크 유사하다(지수 n ≈ 1–2).
• 질량이 큰 휴면 EAGLE 은하는 관측된 대비 더 삼축적이다. 고정된 세르시 지수에서 중앙 축비가 낮아, 둥근 구형 형태의 부족함을 나타낸다.