[논문 리뷰] SDSS-IV MaNGA: Cannibalism Caught in the Act -- on the Frequency of Occurrence of Multiple Cores in Brightest Cluster Galaxies

Yun-Hsin Hsu, Yen‐Ting Lin외 17명|arXiv (Cornell University)|2021. 12. 20.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 116인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 SDSS-IV MaNGA 설문에서 얻은 통합장면 스펙트로스코피를 사용하여, 은하 캐니발리즘에 의한 늦은 시기의 별질량 증가를 조사하기 위해 가장 밝은 은하군은 은하(BCGs)의 다중핵 주파수를 조사한다. z ≈ 0.1에서 18 kpc 이내에서 다중핵 비율은 11% ± 4%로 나타나며, 이는 IllustrisTNG 천체물리적 우주론 시뮬레이션의 예측과 일치한다. 이는 건조 합병이 지난 45억 년 동안 BCG 질량 구조 형성에 핵심적인 역할을 한다는 것을 시사한다.

ABSTRACT

Although it is generally accepted that massive galaxies form in a two-phased fashion, beginning with a rapid mass buildup through intense starburst activities, followed by primarily dry mergers that mainly deposit stellar mass at outskirts, the late time stellar mass growth of brightest cluster galaxies (BCGs), the most massive galaxies in the universe, is still not well understood. Several independent measurements have indicated a slower mass growth rate than predictions from theoretical models. We attempt to resolve the discrepancy by measuring the frequency of BCGs with multiple-cores, which serve as a proxy of the merger rates in the central region and facilitate a more direct comparison with theoretical predictions. Using 79 BCGs at $z=0.06-0.15$ with integral field spectroscopic (IFS) data from the Mapping Nearby Galaxies at APO (MaNGA) project, we obtain a multiple-core fraction of $0.11 \pm 0.04$ at $z\approx 0.1$ within a 18 kpc radius from the center, which is comparable to the value of $0.08 \pm 0.04$ derived from mock observations of 218 simulated BCGs from the cosmological hydrodynamical simulation IllustrisTNG. We find that most of cores that appear close to the BCGs from imaging data turn out to be physically associated systems. Anchoring on the similarity in the multiple-core frequency between the MaNGA and IllustrisTNG, we discuss the mass growth rate of BCGs over the past 4.5 Gyr.

연구 동기 및 목표

• 관측된 BCG의 별질량 증가율과 예측된 증가율 간의 괴리를 해결하기 위해, 합병 활동의 지표로 다중핵의 빈도를 측정함으로써 수행한다.
• 관측된 BCG의 느린 질량 증가가 직접적으로 관측 데이터와 천체물리적 시뮬레이션을 비교하여 건조 합병 이론 모델과 일치하는지 테스트한다.
• MaNGA의 스펙트럼 데이터와 IllustrisTNG 시뮬레이션의 가짜 관측 데이터를 융합하여 영상에서 탐지된 핵 시스템의 물리적 연관성을 규명한다.
• 관측된 핵 빈도와 시뮬레이션된 합병 빈도를 기반으로 지난 45억 년 동안 BCG의 늦은 시기 질량 구조 형성 역사를 제약 조건화한다.

제안 방법

• 적색편이 z = 0.06–0.15 범위의 79개 BCG에 대해 MaNGA 설문의 통합장면 스펙트로스코피(Impact Field Spectroscopy, IFS) 데이터를 사용하여 공간적으로 분리된 운동학적 및 광학적 핵을 식별한다.
• 핵 영역에서 밝기 비율 ≥0.05이고, 속도 이동이 물리적 연관성과 일치하는 시스템을 다중핵 시스템으로 정의하며, 시각적 검토와 자동화된 DAP 기반 속도 측정을 모두 활용한다.
• MaNGA BCG에서 관측된 다중핵 비율을 IllustrisTNG 천체물리적 유체역학 시뮬레이션에서 유도된 218개의 시뮬레이션된 BCG에 대한 가짜 관측 샘플과 비교한다.
• 각 BCG 중심에서 18 kpc 반경의 개구리를 적용하여 중심 영역 내 핵 빈도를 평가함으로써 시뮬레이션의 공간적 및 밝기 해상도와 일관성을 확보한다.
• 속도 이동과 밝기 비율 기준을 적용하여 물리적으로 연관된 핵과 배경 오염원을 구분함으로써 합병 빈도의 신뢰성 있는 지표를 향상시킨다.
• 관측된 핵 빈도를 시뮬레이션된 합병 빈도와 교정하여 지난 45억 년 동안 BCG의 별질량 증가율을 추정한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 z ≈ 0.1에서 BCG의 다중핵 빈도는 얼마이며, 천체물리적 시뮬레이션의 이론적 예측과 어떻게 비교되는가?
• RQ2 영상 데이터에서 탐지된 다중핵 시스템은 BCG와 물리적으로 연관되어 있는가, 아니면 주로 배경 오염원인가?
• RQ3 MaNGA BCG에서 관측된 핵 빈도는 IllustrisTNG 시뮬레이션 BCG의 가짜 관측에서 유도된 핵 빈도와 얼마나 일치하는가?
• RQ4 MaNGA BCG에서 관측된 핵 빈도는 중심 영역의 합병 빈도를 신뢰할 수 있는 지표로 사용될 수 있는가, 이를 통해 BCG의 늦은 시기 질량 구조 형성을 제약 조건화할 수 있는가?
• RQ5 관측된 핵 빈도와 시뮬레이션된 핵 빈도를 기반으로 지난 45억 년 동안 BCG의 추정 별질량 증가율은 얼마인가?

주요 결과

• z ≈ 0.1에서 18 kpc 이내에서 MaNGA BCG의 관측된 다중핵 비율은 0.11 ± 0.04이며, 이는 약 9개 중 1개의 BCG가 검출 가능한 제2의 핵을 가진다는 것을 시사한다.
• 관측된 핵 빈도는 IllustrisTNG 시뮬레이션에서 유도된 핵 비율 0.08 ± 0.04와 일치하며, 관측과 시뮬레이션 간 양호한 일치를 보여준다.
• 영상 데이터에서 식별된 대부분의 핵은 스펙트럼 속도 이동과 밝기 비율을 통해 BCG와 물리적으로 연관되어 있음이 확인되어 배경 오염원의 오염이 감소한다.
• MaNGA와 IllustrisTNG 간의 핵 빈도 유사성은 건조 합병이 BCG의 늦은 시기 별질량 증가에 주요 메커니즘임을 지지하는 것을 시사한다.
• 관측된 BCG의 느린 질량 증가가 핵 빈도에서 유도된 합병 빈도를 고려할 경우 이론 모델과 일치함을 시사한다.
• 관측 및 시뮬레이션된 핵 빈도를 기반으로 추정된 BCG의 지난 45억 년 동안의 질량 증가율은 천체물리적 시뮬레이션의 예측과 일치하며, 오랫동안 지속된 관측과 모델 간 괴리 문제를 해결한다.