[논문 리뷰] Probing the azimuthal environment of galaxies around clusters. From cluster core to cosmic filaments

Gouin, C., N. Aghanim외 2명|arXiv (Cornell University)|2019. 12. 02.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 104인용 수 8

한 줄 요약

이 연구는 광학적 설문에서 은하 군집의 다극자 분해를 사용하여 6,400개의 SDSS 은하 군집(M > 10¹⁴ M⊙, 0.1 < z < 0.3) 주변의 방사비대칭성을 조사한다. 결과적으로 은하 분포는 군집 핵심부( R < 2R₅₀₀)에서는 타원체 형태에서, 더 큰 반경( R = [2–8]R₅₀₀)에서는 필라멘터리 패턴으로 전이되며, 평균 각도 스케일은 mmean = 4.2 ± 0.1이다. 수동성 은하들은 성간 은하보다 필라멘터리 패턴을 더 강하게 추적하며, 이는 필라멘터리 구조 내에서 환경에 의해 유도된 활동 억제를 시사한다.

ABSTRACT

Galaxy clusters are connected at their peripheries to the large scale structures by cosmic filaments that funnel accreting material. These filamentary structures are studied to investigate both environment-driven galaxy evolution and structure formation and evolution. In the present work, we probe in a statistical manner the azimuthal distribution of galaxies around clusters as a function of the cluster-centric distance, the cluster richness, and the galaxy activity (star-forming or passive).We perform a harmonic decomposition in large photometric galaxy catalogue around 6400 SDSS clusters with masses M >1e14 solar masses, in the redshift range of 0.1< z <0.3. The same analysis is performed on the mock galaxy catalogue from the light-cone of Magneticum hydrodynamical simulation. We use the multipole analysis to quantify asymmetries in the 2-D galaxy distribution. In the inner cluster regions at R <2 R500, we confirm that the galaxy distribution traces an ellipsoidal shape, which is more pronounced for richest clusters. In the clusters' outskirts (R= [2-8]R500), filamentary patterns are detected in harmonic space with a mean angular scale m_mean= 4.2+/-0.1. Massive clusters seem to have a larger number of connected filaments than low massive ones. We also find that passive galaxies appear to better trace the filamentary structures around clusters, even if the contribution of SF ones tend to increase with the cluster-centric distance, suggesting a gradient of galaxy activity in filaments around clusters.

연구 동기 및 목표

• 은하 군집의 핵심부에서 우주 필라멘터리 구조까지의 은하 방사분포를 통계적으로 조사하기 위해.
• 군집 중심에서의 거리와 군집 빈도에 따라 은하 분포의 구형 대칭성에서의 이탈을 군집 중심에서의 거리에 따라 정량화하기 위해.
• 은하 활동 유형(은하 형성 및 수동성)이 대규모 구조와 필라멘터리 패턴을 어떻게 다르게 추적하는지 조사하기 위해.
• 시스템성 오차를 제어하기 위해 Magneticum 유체역학 시뮬레이션에서 유도된 가짜 은하 목록을 사용하여 결과를 검증하기 위해.

제안 방법

• 군집 주변의 2차원 은하 분포에 대해 조화 분해(다극자 모멘트)를 적용하여 각도 비대칭성을 탐지한다.
• 조화 파wer 초과는 군집 중심에서의 다극자 스펙트럼과 무작위 위치 중심의 다극자 스펙트럼의 비율로 계산되며, 군집에 기인한 이방성 구조를 분리한다.
• 광학적 적색편이 정확도를 확보하기 위해 각 군집 주변의 적색편이 슬라이스(∆z = 0.06)에서 은하 샘플을 선별한다.
• 분석은 WISExSCOSMOS 광학적 은하 목록과 Magneticum 라이트 콘의 가짜 목록을 대상으로 수행된다.
• 군집 중심에서의 반경 영역은 R₅₀₀ 단위로 정의되며, 분석 범위는 R < 2R₅₀₀에서 R = [2–8]R₅₀₀까지 이르며.
• 수동성/전이성 및 은하 형성 은하에 대해 별도로 분석하여, 필라멘터리 구조에 대한 기여도의 차이를 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 은하 군집의 중심에서의 거리와 빈도에 따라 은하의 방사분포는 어떻게 변화하는가?
• RQ2 군집 외곽부에서 은하 분포의 대규모 이방성의 각도 스케일은 무엇이며, 이는 우주 필라멘터리 구조와 어떻게 관련되는가?
• RQ3 수동성 및 은하 형성 은하가 군집 주변의 필라멘터리 구조를 어떻게 다르게 추적하는가?
• RQ4 조화 파워 초과는 군집 중심에서의 거리에 따라 어떻게 변화하며, 이는 구조 형성에 대해 무엇을 드러내는가?
• RQ5 수동성 은하는 은하 형성 은하에 비해 얼마나 많은 정도로 기저 우주망 구조를 추적하는가?

주요 결과

• 군집 내부 영역(R < 2R₅₀₀)에서는 은하 분포가 주로 4차 다극자 모멘트를 보이며, 이는 타원체 형태를 확인하며, 질량이 큰 군집일수록 더 두드러진다.
• 군집 외곽부(R = [2–8]R₅₀₀)에서는 다소 높은 조화 파워 초과가 감지되며, 평균 각도 스케일은 mmean = 4.2 ± 0.1로, 필라멘터리 구조의 존재를 시사한다.
• 빈도가 높은 군집는 더 높은 평균 각도 스케일(mmean)을 보이며, 낮은 빈도 군집보다 우주망과의 연결성이 더 강하다는 것을 시사한다.
• 수동성 및 전이성 은하는 은하 형성 은하보다 필라멘터리 패턴과 군집의 타원체 형태를 더 효과적으로 추적하며, 은하 형성 은하는 더 균일하게 분포되어 있다.
• 은하 형성 은하의 조화 필라멘터리 서명에 대한 기여도는 군집 중심에서의 거리가 멀어질수록 증가하며, 이는 필라멘터리 내에서 은하 활동의 기울기 변화를 시사한다.
• 내부 및 외부 군집 은하 분포 간의 상관관계는 반경이 증가함에 따라 감소하며, 더 큰 거리에서 필라멘터리 가지가 증가하는 이론적 예측과 일치한다.