[논문 리뷰] Which galaxy property is the best indicator of its host dark matter halo properties?

David A. Wake, Marijn Franx외 1명|arXiv (Cornell University)|2012. 01. 09.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 10

한 줄 요약

이 연구는 은하의 별 질량, 역학적 질량, 속도 분산, 색, 형태 중 어느 성질이 주변 암흑물질 헬름 성질을 가장 잘 나타내는지 조사한다. 슬론 디지털 천문도서관(Sloan Digital Sky Survey) 자료를 사용하여, 속도 분산(σ)이 군집 강도(clustering amplitude)를 예측하는 데 가장 강력한 예측자임을 발견하였으며, 별 질량과 역학적 질량을 뛰어넘었다. 이는 σ가 총 질량보다 헬름 질량 또는 형성 연령과 더 밀접하게 연관되어 있음을 시사한다. 결과적으로 은하의 별 형성 역사는 총 질량보다 헬름 성질과 더 밀접히 연결되어 있음을 시사한다.

ABSTRACT

In this work we investigate the link between galaxy velocity dispersion, mass and other properties (color, morphology) with the properties of dark matter halos by comparing the clustering of galaxies at both fixed mass and velocity dispersion. We use the Sloan Digital Sky Survey to define a volume limited sample of massive galaxies complete in both stellar mass (>6e10 Msun) and velocity dispersion (>75 km/s). Using this sample we show that at fixed velocity dispersion there is no dependence of the clustering amplitude on stellar or dynamical mass. Conversely when stellar or dynamical mass are fixed there is a clear dependence of the clustering amplitude on velocity dispersion with higher dispersion galaxies showing a higher clustering amplitude. We also show that whilst when stellar or dynamical mass are fixed there remains a dependence of clustering amplitude on morphology, there is no such dependency when dispersion is fixed. However, we do see a dependence of the clustering amplitude on color when both mass and dispersion are fixed. Despite this, even when we restrict our samples to only elliptical or red galaxies the relationship between dispersion and clustering amplitude at fixed mass remains. It seems likely that the residual correlation with color is driven by satellite galaxies in massive halos being redder at fixed dispersion. The lack of a similar morphology dependence implies that the mechanism turning satellites red is not changing their morphology. Our central result is that velocity dispersion is more closely related to the clustering amplitude of galaxies than either stellar or dynamical mass. This implies that velocity dispersion is more tightly correlated with the halo properties that determine clustering, either halo mass or age, and supports the notion that the star formation history of a galaxy is more closely related to its halo properties than its overall mass.

연구 동기 및 목표

• 은하 성질 중 어느 것이 주변 암흑물질 헬름 성질을 가장 정확하게 나타내는지 규명하는 것.
• 속도 분산(σ), 별 질량(M_star), 역학적 질량(M_dyn), 색(g−r), 형태, 표면 질량 밀도가 군집을 통해 헬름 성질과 얼마나 강하게 상관되는지 테스트하는 것.
• 질량 또는 σ를 고정했을 때 은하 성질에 대한 잔류 의존성(residual dependencies)을 분리하여 가장 기본적인 헬름 추적자(tracer)를 식별하는 것.
• 은하 형성 역사는 역학적 성질인 σ보다 총 질량보다 헬름 성질과 더 밀접히 연결되어 있는지 평가하는 것.

제안 방법

• SDSS DR7에서 얻은 부피 한정 샘플(별 질량 M_star > 6×10¹⁰ h⁻¹ M⊙, σ > 75 km/s)의 거대 은하들을 대상으로, 별 질량, 속도 분산, 색, 형태, 크기의 완전한 측정치를 확보한다.
• 군집 강도를 투사된 상관 함수 w_p(r_p)를 통해 측정하여 헬름 질량 의존성 분석을 수행한다.
• 한 은하 성질(예: σ 또는 M_star)의 좁은 구간에서 군집 강도를 비교하고, 다른 성질(예: M_dyn 또는 σ)을 고정함으로써 잔류 의존성을 식별한다.
• NYU Value-Added Galaxy Catalog과 MPA-JHU 별 질량 카탈로그를 사용하여 k보정 및 완전성 보정을 적용한다.
• 타원 은하(P_el > 0.6) 및 빨간 은하(g−r > 0.9)에 국한된 샘플을 분석하여 결과의 탄력성 테스트를 수행한다.
• 1.6 < r_p < 25.1 h⁻¹ Mpc 범위의 w_p(r_p) 비율을 피팅하여 고성질 및 저성질 하위샘플 간의 상대 군집 차이를 정량화한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 별 질량 또는 역학적 질량을 고정했을 때 군집 강도는 은하의 속도 분산에 따라 달라지는가?
• RQ2 질량과 속도 분산을 모두 고정했을 때 군집 강도는 은하의 색(g−r)에 따라 어떻게 변하는가?
• RQ3 속도 분산을 고정했을 때 군집 강도는 은하 형태에 잔류 의존성을 보이는가?
• RQ4 속도 분산, 별 질량, 역학적 질량 중 어느 것이 헬름 질량과의 상관관계 강도가 더 강한가?
• RQ5 질량과 σ를 고정했을 때 색과 군집 간 잔류 상관관계는 무엇에 의해 유도되는가?

주요 결과

• 고정된 속도 분산에서 별 질량 또는 역학적 질량에 대한 군집 강도의 의존성은 없으며, 이는 σ가 총 질량보다 헬름 추적자로서 더 우수하다는 것을 시사한다.
• 별 질량 또는 역학적 질량을 고정했을 때, 더 높은 속도 분산을 가진 은하가 유의미하게 더 높은 군집 강도를 보이며, σ가 헬름 질량과 강하게 연관되어 있음을 확인한다.
• 속도 분산을 고정했을 때 군집 강도에 대한 형태의 잔류 의존성은 없으며, 이는 형태가 헬름 성질의 주요 지표가 아니라는 것을 시사한다.
• 질량과 σ를 모두 고정했을 때도 g−r 색에 대한 잔류 의존성이 남아 있지만, 이는 형태 변화 때문이 아니라, 거대 헬름 내에서 위성 은하가 더 빨간색이기 때문일 가능성이 크다.
• 타원 은하 또는 빨간 은하에 국한된 샘플에서도 속도 분산과 군집 강도 간의 관계가 유지되며, σ가 헬름 추적자로서의 탄력성을 강화한다.
• 결과는 은하 별 형성 역사는 총 질량보다 헬름 성질과 더 밀접히 연결되어 있으며, 속도 분산이 헬름 질량 또는 형성 연령의 열악한 대체 지표로 더 우수하다는 것을 지지한다.