[논문 리뷰] Testing galaxy feedback models with the first resolved profiles of the circumgalactic medium

Urmila Chadayammuri, Ákos Bogdán외 4명|arXiv (Cornell University)|2022. 03. 02.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 eROSITA의 eFEDS 설문에서 확보한 공간 해상도가 높은 X선 표면 밝기 프로파일을 사용하여 고립된 성간 형성 및 휴면 성간 은하에서의 은하 피드백 모델을 시험한다. 점원소 및 군집/은하단을 마스킹한 후, 관측된 CGM 밝기는 TNG 및 EAGLE 시뮬레이션과 비교해 볼 때 은하의 항성 질량에 따라 더 느리게 증가하는 것으로 나타났으며, 성간 형성 은하의 경우 예측된 것보다 더 평탄하고 더 넓게 퍼진 프로파일을 보였다—이는 현재 모델에서 항성 피드백은 부족하고 AGN 피드백은 과도하게 강한 것으로 나타났다.

ABSTRACT

The hot ($>10^6$ K) phase of the circumgalactic medium (CGM) contains a large fraction of baryons in galaxies. It also retains signatures of the processes that shaped the galaxies, such as feedback from active galactic nuclei (AGNs) and supernovae, and offers a uniquely powerful way to constrain theoretical models of feedback. It is, however, notoriously difficult to detect. By stacking 2643 optically selected galaxies in the eROSITA Final Equatorial Depth Survey (eFEDS), we present spatially resolved properties of the extended CGM in both star-forming and quiescent galaxies spanning an order of magnitude in stellar mass. We mask out resolved point sources and galaxy groups/clusters and model the contribution from X-ray binaries and the hot ISM, producing accurate radial profiles. We compare the profiles to mock X-ray observations of galaxy stacks in the IllustrisTNG100 (TNG) and EAGLE cosmological simulations. We detect extended emission from both the high-mass ($10.7<\log(M_*/M_\odot)<11.2$) and low-mass ($10.2<\log(M_*/M_\odot)<10.7$) galaxy stacks. Galaxies have somewhat more luminous CGM between $10-100$~kpc if they are more massive or star-forming. However, the luminosity increases slower with stellar mass than predicted in simulations. Simulated quenched galaxies are far dimmer than observed, suggesting that they rely too heavily on CGM ejection for quenching. Star-forming galaxies are observed to have flatter and more extended profiles than in simulations, suggesting under-efficient stellar feedback models. Our results highlight the need to modify future prescriptions of galaxy feedback models.

연구 동기 및 목표

• 고립된 은하에서 뜨거운 은하간 매질(CGM)의 공간 해상도가 높은 X선 복사량을 측정하기 위해.
• 관측된 CGM 반경 방향 표면 밝기 프로파일을 천체물리적 시뮬레이션(TNG 및 EAGLE)의 모의 관측과 비교하기 위해.
• 현재 은하 형성 모델에서 CGM의 밝기 및 반경 방향 구조를 시뮬레이션하는 데 있어 피드백 조건의 정확도를 평가하기 위해.
• 피드백 모델링의 결함을 시사하는 시뮬레이션과 관측 간의 체계적 괴리를 규명하기 위해.

제안 방법

• 0.01 < z < 0.1 범위 내에서 2643개의 광학적으로 선별된 은하로부터 eFEDS 영역에서의 스택된 X선 표면 밝기 프로파일을 구성하였다.
• eFEDS 자기 일관성 있는 카탈로그를 사용하여 확장된 원소 및 점원소(군집 및 은하단 포함)를 마스킹하여 내재된 CGM 복사량을 분리하였다.
• X선 이진성과 뜨거운 간성간 매질의 배경 기여를 모델링하고 빼내어 청소된 반경 방향 프로파일을 확보하였다.
• 유사한 스택 및 마스킹 절차를 사용하여 TNG100 및 EAGLE 시뮬레이션의 유사한 스택과 프로파일을 비교하였다.
• 분석은 항성 질량 밴드(10.2 < log(M*/M⊙) < 11.2)에 집중하였으며, 성간 형성 은하와 휴면 은하를 별도로 분리하였다.
• 대규모 구조의 오염 영향을 평가하기 위해 병행 연구(Comparat et al. 2022)와 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고립된 성간 형성 및 휴면 은하에서 CGM의 X선 밝기는 항성 질량에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ2 TNG 및 EAGLE에서 유도된 시뮬레이션된 CGM 프로파일은 관측된 반경 방향 표면 밝기 프로파일의 진폭과 공간 범위에서 일치하는가?
• RQ3 관측된 CGM 프로파일은 현재 은하 형성 모델에서 항성 및 AGN 피드백의 효율성에 대해 무엇을 드러내는가?
• RQ4 이전의 스택된 X선 연구에서 관측된 괴리의 원인으로 군집 및 은하단의 오염이 어느 정도 기여하는가?
• RQ5 관측된 CGM 성질은 피드백 또는 화학적 풍부도 조건을 수정할 필요성을 어떻게 제약하는가?

주요 결과

• 휴면 은하에서 관측된 CGM 밝기는 항성 질량에 따라 증가하지만, TNG 및 EAGLE 시뮬레이션에서 예측된 것보다 상당히 약한 의존성을 보였다.
• 성간 형성 은하에서는 모든 항성 질량 밴드에서 거의 일정한 CGM 밝기를 보였으며, 이는 TNG 및 EAGLE에서 예측된 증가 경향과 극명하게 대조되었다.
• 성간 형성 은하의 반경 프로파일은 시뮬레이션보다 더 평탄하고 더 넓게 퍼져 있었으며, 이는 모델에서 항성 피드백이 뜨거운 CGM의 반경 방향 영향을 과소평가하고 있음을 시사한다.
• 시뮬레이션된 휴면 은하의 밝기는 관측된 것보다 어두웠으며, 이는 피드백 모델이 익스피ulsion을 통해 CGM를 제거하는 데 과도하게 의존하고 있고, 뜨거운 기체의 유지 능력을 과소평가하고 있음을 시사한다.
• 관측된 CGM의 X선 복사량은 휴면 은하가 성간 형성 은하보다 더 X선 밝다라는 가정과 일치하지 않으며, 이는 대규모 구조를 마스킹하지 않은 이전 연구들과 정면으로 배치된다.
• 결과적으로 향후 피드백 모델은 더 효율적인 초신성 피드백과 덜 효율적인 AGN 피드백을 포함해야 하며, X선 발광도에 영향을 주는 수정된 화학적 풍부도 모델이 필요할 수 있음을 시사한다.