[논문 리뷰] Surface photometry of BCGs and intracluster stars in Lambda-CDM

Andrew P. Cooper, Liang Gao외 5명|arXiv (Cornell University)|2014. 07. 21.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 고해상도 ΛCDM N-체 시뮬레이션에 반분석 입자 태깅 방법을 적용하여 최대 은하단은은하(BCG)의 표면광도를 모델링한다. 그 결과, BCG의 90퍼센트 이상의 별질량이 유입된 은하에서 유래하며, 흩어진 외곽 성분은 tidal stripping에 의해 형성되며, 은하단 중심부에서 μV ≈ 26.5 mag arcsec⁻² 이하의 별질량의 80–95퍼센트가 BCG 외곽의 유입된 별들과 관련이 있음을 밝혀냈다.

ABSTRACT

We simulate the phase-space distribution of stellar mass in 9 massive Lambda-CDM galaxy clusters by applying the semi-analytic particle tagging method of Cooper et al. to the Phoenix suite of high-resolution N-body simulations (M200 = 7.5 to 33 x 10^14 Msol). The resulting surface brightness (SB) profiles of brightest cluster galaxies (BCGs) match well to observations. On average, stars formed in galaxies accreted by the BCG account for ~90 per cent of its total mass (the remainder is formed in situ). In circular BCG-centred apertures, the superposition of multiple debris clouds (each ~10 per cent of the total BCG mass) from different progenitors can result in an extensive outer diffuse component, qualitatively similar to a 'cD envelope'. These clouds typically originate from tidal stripping at z < 1 and comprise both streams and the extended envelopes of other massive galaxies in the cluster. Stars at very low SB contribute a significant fraction of the total cluster stellar mass budget: in the central 1 Mpc^2 of a z ~ 0.15 cluster imaged at SDSS-like resolution, our fiducial model predicts 80-95 per cent of stellar mass below a SB of mu_V = 26.5 mag arcsec^2 is associated with accreted stars in the envelope of the BCG. The ratio of BCG stellar mass (including this diffuse component) to total cluster stellar mass is ~30 per cent.

연구 동기 및 목표

• 고해상도 시뮬레이션을 사용하여 ΛCDM 은하단에서 BCG의 표면광도 프로파일과 은하단 내 빛(ICL)을 모델링하기.
• 특히 유입된 은하와 현지에서 형성된 별들 간의 기여도를 고려하여 BCG 내 별질량의 기원과 공간 분포를 규명하기.
• tide stripping과 융합 역사를 통해 BCG의 흐린 외곽 성분(예: cD 외곽)이 어떻게 형성되는지 평가하기.
• 반분석 모델이 거대 은하단에서 관측된 저표면광도 별 성분과 얼마나 일치하는지 평가하기.
• BCG와 ICL 내 총 은하단 별질량 기여도를 정량화하고, 다양한 해상도 및 피드백 가정 조건에서 모델 수렴성을 시험하기.

제안 방법

• Cooper 등(2010)의 반분석 입자 태깅 방법을 고해상도 N-체 시뮬레이션인 Phoenix 시리즈(M200 ≈ 7.5–33 × 10¹⁴ M☉)에 적용하였다.
• 융합 이전에 조상 은하에서 형성된 입자를 태깅하여 유입된 은하의 별질량을 추적하였다.
• 관측 데이터와 비교하기 위해 BCG 중심의 원형 영역에서 표면광도 프로파일을 시뮬레이션하였다.
• BCG의 유입된 성분을 분리하기 위해 표면광도 임계값 μV ≈ 26.5 mag arcsec⁻²를 사용하였다.
• 하위구조의 구조와 별 형성 역사를 고려하여 수치 수렴성을 평가하기 위해 해상도 영향을 테스트하였다.
• Gonzalez 등(2007)과 Donzelli 등(2011)의 관측 데이터, 그리고 이상화된 융합 시뮬레이션과의 비교를 수행하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 BCG의 별질량 중 얼마나 많은 비율이 유입된 은하에서 기인하는가? 그리고 은하단 환경 내에서 현지에서 형성된 별들에 의해 기인하는가?
• RQ2 Tide stripping과 융합 역사는 어떻게 BCG의 흐린, 저표면광도 성분을 형성하는가?
• RQ3 거대 은하단에서 관측된 은하단 내 빛(ICL)은 ΛCDM 프레임워크 내에서 은하단 은하들에서 탈락된 별들로 인해 어느 정도 기인하는가?
• RQ4 입자 태깅을 적용한 반분석 모델은 관측된 BCG와 ICL의 표면광도 프로파일을 얼마나 잘 재현하는가?
• RQ5 특히 저표면광도 수준에서, 중심 Mpc² 내 총 별질량 기여도 중 유입된 별들의 기여는 어느 정도인가?

주요 결과

• BCG 내 총 별질량의 90퍼센트 이상이 유입된 은하에서 형성된 별들에서 기인하며, 나머지는 현지에서 형성된 별들이다.
• BCG의 흐린 외곽 성분(예: cD 외곽 유사)은 서로 다른 조상 은하들에서 유래한 여러 조각의 잔해 구름이 겹쳐져 형성되며, 각각 BCG 질량의 최소 10퍼센트 이상을 기여한다.
• z ≈ 0.15 은하단의 중심 1 Mpc² 영역에서, 표면광도 μV ≈ 26.5 mag arcsec⁻² 이하의 별질량의 80–95퍼센트는 BCG 외곽의 유입된 별들과 관련되어 있다.
• BCG 별질량(흐린 성분 포함)과 총 은하단 별질량의 비율은 약 30퍼센트이다.
• 표면광도 자르기 μV ≈ 26.5 mag arcsec⁻²는 BCG 별질량의 약 30퍼센트를 회수하며, 거의 전부가 유입된 별들이다. 다른 은하단 구성원의 기여를 고려하면 약 20퍼센트의 보정이 필요하다.
• 모델은 Gonzalez 등(2007)과 Donzelli 등(2011)의 관측과 양호한 일치를 보였지만, Bernardi 등(2012)의 SerExp 관계에 비해 효과적 반경 R₅₀를 0.2 dex 과대 예측하여 조상 은하의 광도를 과대 예측할 가능성이 있음을 시사한다.