[논문 리뷰] Unraveling emission line galaxy conformity at z~1 with DESI early data

Sihan Yuan, Risa H. Wechsler외 33명|arXiv (Cornell University)|2023. 10. 13.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 197인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 z~1에서의 발광선은 피우는 은하(ELGs)가 중심-위성 쌍에서 상관된 별 형성('공동성')을 나타내며, 이는 융합 유도 별 폭발에 의해 유도된다고 제안한다. 이는 표준 헬로 오너십 분포(HOD) 모델에 도전한다. DESI의 초도 데이터와 시뮬레이션(IllustrisTNG, UniverseMachine)을 사용하여, ELG의 군집화, LRG 및 은하단과의 상관관계, 형태학적 특성들이 표준 HOD를 초월한 환경 의존성 별 형성 모델이 필요하다는 것을 보여준다.

ABSTRACT

Emission line galaxies (ELGs) are now the preeminent tracers of large-scale structure at z>0.8 due to their high density and strong emission lines, which enable accurate redshift measurements. However, relatively little is known about ELG evolution and the ELG-halo connection, exposing us to potential modeling systematics in cosmology inference using these sources. In this paper, we propose a physical picture of ELGs and improve ELG-halo connection modeling using a variety of observations and simulated galaxy models. We investigate DESI-selected ELGs in COSMOS data, and infer that ELGs are rapidly star-forming galaxies with a large fraction exhibiting disturbed morphology, implying that many of them are likely to be merger-driven starbursts. We further postulate that the tidal interactions from mergers lead to correlated star formation in central-satellite ELG pairs, a phenomenon dubbed "conformity." We argue for the need to include conformity in the ELG-halo connection using galaxy models such as IllustrisTNG, and by combining observations such as the DESI ELG auto-correlation, ELG cross-correlation with Luminous Red Galaxies (LRGs), and ELG-cluster cross-correlation. We also explore the origin of conformity using the UniverseMachine model and elucidate the difference between conformity and the well-known galaxy assembly bias effect.

연구 동기 및 목표

• DESI의 초도 데이터와 다중 파장 관측을 활용하여 z~1에서의 발광선은 피우는 은하(ELG)의 공동성의 물리적 기원을 조사한다.
• ELG의 진화와 ELG–헬로 연결성에 대한 이해 부족이 우주론적 추론에서 시스템적 오차를 유발할 수 있으므로 이를 해결한다.
• 표준 HOD 모델이 ELG 군집화, LRG 및 은하단과의 상관관계, 형태학적 특성을 설명할 수 있는지 테스트한다.
• UniverseMachine 모델을 사용하여 공동성과 은하 집합 비율 간의 차이를 탐색한다.
• 환경 의존성 요소를 포함한 확장된 HOD 모델을 개발하여 관측된 ELG 군집화와 위성 수 밀도를 더 잘 일치시킨다.

제안 방법

• 다중 파장 데이터를 활용하여 COSMOS 영역 내 DESI에 의해 선별된 ELG의 형태학적 특성, 별 형성, 군집화를 평가한다.
• ELG–헬로 연결성을 제약하기 위해 자가상관함수, ELG–LRG 상관함수, ELG–은하단 상관함수를 측정한다.
• UniverseMachine 반정량 모델을 사용하여 개별 헬로 질량의 집합만으로 관측된 ELG 특성을 재현할 수 있는지 테스트한다.
• UniverseMachine 모델의 예측치인 항성 질량 함수, SFR 분포, 군집화를 DESI 데이터와 비교하여 강도 시험을 실시한다.
• 위성 점유 수를 위한 비표준 거듭제곱 지수 α를 포함한 확장된 HOD 모델을 구현하여 α > 0.3의 가능성을 고려함으로써 공동성을 설명한다.
• 은하단의 풍부도와 ELG 위성 수 밀도를 사용하여 α를 제약하며, 음수 또는 표준 HOD(α=0.3) 모델을 기각한다.

Figure 1 : Scatter plot showing the projected distribution of ELGs (blue) and LRGs (orange) in $0.8<z<1.1$ in one of the 20 rosettes in DESI One-Percent Survey. This specific rosette also covers the COSMOS field.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 관측된 z~1에서의 ELG 쌍에서의 공동성은 어떤 물리적 메커니즘이 유도하는가?
• RQ2 표준 HOD 모델이 DESI에 의해 선별된 ELG의 관측된 군집화 및 상관관계를 설명할 수 있는가?
• RQ3 관측된 공동성은 융합 유도 별 폭발 때문인가, 아니면 은하 집합 비율의 잠재적 결과인가?
• RQ4 단지 헬로 질량에 기반한 표준 UniverseMachine 모델이 관측된 전체 ELG 특성을 재현할 수 있는가?
• RQ5 ELG 군집화와 위성 밀도를 일관되게 기술하기 위해 HOD 프레임워크에 어떤 수정이 필요한가?

주요 결과

• z~1에서의 ELG는 주로 급속한 별 형성을 하는 경향이 있으며, 난류 형태를 보이는 비율이 높아 융합 유도 별 폭발을 시사한다.
• 관측된 ELG–은하단 상관관계는 위성 수와 은하단의 풍부도 사이에 정적 상관관계를 보이며, 음수 또는 표준 HOD(α=0.3) 매개변수를 가진 모델을 기각한다.
• α의 추정 범위는 약 0.8 < α < 1.2이며, 이는 표준 HOD 모델보다 위성 점유 수가 헬로 질량에 더 강하게 의존함을 나타낸다.
• 표준 UniverseMachine 모델은 관측된 항성 질량 함수, SFR 분포, DESI ELG의 군집화를 동시에 재현하지 못한다.
• ELG의 공동성은 은하 집합 비율이 아닌 1헬로 내 융합 유도 별 폭발에 의해 가장 잘 설명되며, 이는 환경 의존성 별 형성 모델의 필요성을 강조한다.
• 결과적으로 현재의 HOD 및 반정량 모델은 고적색도 우주론에 부적절하며, 환경 의존성 요소를 포함한 확장된 모델이 강력한 우주론적 추론을 위해 필수적이다.

Figure 2 : The mean number density of the DESI EDR LRG and ELG samples as a function of redshift. For this study, we only consider the two samples in the $0.8<z<1.1$ redshift regime, where the ELG sample reaches its peak number density and the LRG sample density drops off.