[논문 리뷰] The Intrinsic Shapes of Low Surface Brightness Galaxies: a Discriminant of LSBG Formation Mechanisms

Erin Kado-Fong, Mihai Petrescu외 9명|arXiv (Cornell University)|2021. 06. 09.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 4인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 HSC-SSP, DES 및 레이시의 다중 파장 영상 데이터를 사용하여 저표면광도은하(LSBGs)의 본질적 형상을 추론한다. 이는 선택 효과를 고려하기 위해 동시에 투영된 타원도와 명시적 표면광도를 모델링한다. 연구 결과, LSBGs는 둥근 타원체로 가장 잘 기술되며, 빨간색과 파란색 집단 간에 형상에 유의미한 차이가 없고, 별 형성의 반경 방향 이동에 의한 형성과 일치함을 확인한다. 이는 경쟁적인 형성 메커니즘을 제약한다.

ABSTRACT

We use the low surface brightness galaxy (LSBG) samples created from the Hyper Suprime-Cam Subaru Strategic Program (HSC-SSP, 781 galaxies), the Dark Energy Survey (DES, 20977 galaxies), and the Legacy Survey (selected via HI detection in the Arecibo Legacy Fast ALFA Survey, 188 galaxies) to infer the intrinsic shape distribution of the low surface brightness galaxy population. To take into account the effect of the surface brightness cuts employed when constructing LSBG samples, we simultaneously model both the projected ellipticity and the apparent surface brightness in our shape inference. We find that the LSBG samples are well-characterized by oblate spheroids, with no significant difference between red and blue LSBGs. This inferred shape distribution is in good agreement with similar inferences made for ultra-diffuse cluster galaxy samples, indicating that environment does not play a key role in determining the intrinsic shape of low surface brightness galaxies. We also find some evidence that LSBGs are more thickened than similarly massive high surface brightness dwarfs. We compare our results to intrinsic shape measures from contemporary cosmological simulations, and find that the observed LSBG intrinsic shapes place considerable constraints on the formation path of such galaxies. In particular, LSBG production via the migration of star formation to large radii produces intrinsic shapes in good agreement with our observational findings.

연구 동기 및 목표

• 다양한 환경에서 저표면광도은하(LSBGs)의 본질적 형상 분포를 규명하는 것.
• LSBG 샘플 구성 시 표면광도 및 크기 자르기로 인한 선택 편향을 보정하는 것.
• 빨간색과 파란색 LSBG 간의 본질적 형상 차이가 형성 메커니즘을 구별하는 데 기여하는지 테스트하는 것.
• 관측된 LSBG 형상과 천체역학 시뮬레이션의 예측을 비교하여 형성 경로를 제약하는 것.
• 환경 요인 또는 내부 과정 중 어느 것이 LSBGs의 형상에 더 큰 영향을 미치는지 평가하는 것.

제안 방법

• 분석은 세 개의 대규모 LSBG 샘플을 사용한다: HSC-SSP에서 781개, DES에서 20,977개, 레이시에서 188개(선택 기준: H I 탐지).
• 선택 효과를 보정하기 위해 투영된 타원도와 명시적 표면광도를 동시에 고려하는 연합 가능도 모델을 개발한다.
• 본질적 형상 분포는 둥근 타원체로 가정하고, 베이지안 추론을 통해 형상 매개변수를 추정한다.
• 표면광도 선택의 이방성은 관측된 g-대역 평균 효율 표면광도를 제약 조건으로 통합하여 처리한다.
• 알려진 본질적 형상과 관측 노이즈를 가진 시뮬레이션된 은하를 사용하여 형상 추론의 정당성을 검증한다.
• 최신 천체역학 시뮬레이션의 예측과 비교하여 형성 메커니즘을 평가하며, 특히 반경 방향 이동과 피드백 유도 형성에 초점을 맞춘다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다중 파장 영상과 선택 함수 보정을 통해 제약된 저표면광도은하의 본질적 형상 분포는 무엇인가?
• RQ2 빨간색과 파란색 LSBG는 서로 다른 본질적 형상을 보이며, 이는 그들의 형성 메커니즘에 어떤 함의를 갖는가?
• RQ3 관측된 LSBG의 본질적 형상은 은하 형성의 천체역학 시뮬레이션 예측과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 환경(예: 은하단 대비 필드)이 LSBG의 본질적 형상 결정에 주요한 요인인가?
• RQ5 관측된 형상은 별 형성의 반경 방향 이동이 LSBG 형성 메커니즘으로서 얼마나 잘 지지되는가?

주요 결과

• LSBG의 본질적 형상 분포는 둥근 타원체로 가장 잘 기술되며, 빨간색과 파란색 집단 간에 유의미한 차이가 없다.
• 관측된 형상 분포는 초저표면광도은하(UDG) 샘플과 양호한 일치를 보이며, 환경이 본질적 형상에 강한 영향을 주지 않는다는 것을 시사한다.
• 일부 증거에 따르면, 유사 질량의 고표면광도 소은하보다 LSBGs가 더 두꺼운(즉, 축비가 더 큰) 경향이 있다.
• 관측된 형상 분포는 형성 메커니즘에 강력한 제약을 가하며, 별 형성의 반경 방향 이동이 관측과 일치하는 형상을 생성함을 보여준다.
• 반경 방향 이동을 포함하는 천체역학 시뮬레이션은 관측된 둥근 타원체 형상 분포를 재현하지만, 고스피너 허브나 환경적 억제와 같은 다른 메커니즘은 더 잘 맞지 않는다.
• 타원도와 표면광도의 연합 모델링은 LSBG 샘플의 선택 편향을 보정함으로써 형상 추론 정확도를 크게 향상시킨다.