[論文レビュー] A sea of tides: star formation and the central-satellite dichotomy in a continuum of tidal environments

Jolanta Zjupa, Aseem Paranjape+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 7, 2020

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 3被引用数 9

ひとこと要約

本稿では、銀河進化における伝統的な中心-衛星二分法を、ピーク潮汐異方性（$\alpha_{\rm peak}$）に基づく連続的フレームワークに置き換えることを提案している。星形成活動（sSFR）は、中心、衛星、スプラッシュバック銀河を問わず、$\alpha_{\rm peak}$が増加するにつれて単調に減少する。主な結果は、$\alpha_{\rm peak}$と$v_{\rm peak}$を組み合わせることで、銀河の環境依存的停止（quenching）を説明でき、sSFRの傾向における中心-衛星の違いが実質的に解消されることである。

ABSTRACT

The environment-dependent bimodality of the distribution of stellar mass ($M_\ast$) and specific star formation rate (sSFR) of galaxies, and its explanation in terms of the central-satellite dichotomy, form a cornerstone of our current understanding of galaxy evolution in the hierarchical structure formation paradigm. We revisit this framework in the IllustrisTNG simulation in the context of the most extreme local tidal anisotropy $α_{ m peak}$ experienced by each galaxy over cosmic time, which is an excellent proxy for environmental influence. We show that, while sharing a common monotonic $M_\ast$-$v_{ m peak}$ relation, central, satellite and `splashback' galaxies define a hierarchy of increasing $α_{ m peak}$. We also find that the sSFR of objects in small haloes unaffected by feedback from an active nucleus typically decreases with increasing $α_{ m peak}$. Our results support an alternate viewpoint in which a galaxy can be identified by the value of $α_{ m peak}$; i.e., rather than being placed on the central-satellite dichotomy, a galaxy is better classified by its location in a continuum of tidal environments. This conceptual shift can potentially yield a more robust understanding of galaxy evolution and the galaxy-dark matter connection, e.g., in accurately modelling subtle effects such as sSFR-induced secondary clustering.

研究の動機と目的

• 銀河進化における中心-衛星二分法を再評価し、銀河タイプではなく潮汐環境が星形成傾向をよりよく説明するかを検討すること。
• ピーク潮汐異方性（$\alpha_{\rm peak}$）が、従来の分類に比べて銀河の停止に及ぼす環境的影響の優れた代理指標であるかを調査すること。
• 中心、衛星、スプラッシュバック銀河のsSFRおよび停止行動を、単一の連続的フレームワークに統合できるかをテストすること。
• sSFR–$M_*$平面における観測された二峰性が、中心銀河と衛星銀河の本質的差異ではなく、潮汐環境の連続的分布に起因するものかどうかを評価すること。
• この移行が、特に宇宙論的シミュレーションにおける二次的クラスタリングバイアスの予測を改善する上で、銀河形成モデルに与える影響を検討すること。

提案手法

• 研究は、IllustrisTNGシミュレーションを用い、銀河が宇宙の歴史を通じて経験した最大の潮汐異方性、すなわち$\alpha_{\rm peak}$を環境的影響の指標として計算している。
• $\alpha_{\rm peak}$は、250\,\text{kpc}でスムージングされた密度および速度勾配場から導かれる局所的潮汐場テンソルから算出されており、大規模な過密度$\delta$と相関がないように設計されている。
• 銀河は、TNG100シミュレーションにおけるサブハローおよびハローの歴史に基づき、中心、衛星、スプラッシュバックに分類されている。
• sSFRおよび停止率（$f_{\rm q}$）を$\alpha_{\rm peak}$の関数としてビニングし、銀河タイプ全体における星形成の環境依存性を評価している。
• 最近に停止したシステムを除外するため、$z_{\alpha_{\rm peak}} \geq 0.15$のタイムラグカットを適用し、内在的な$\alpha_{\rm peak}$–sSFR関係を隔離している。
• 銀河タイプごとのsSFRおよび停止傾向を$\alpha_{\rm peak}$の関数として比較し、$\alpha_{\rm peak}$を主な分類基準とした場合に、中心-衛星の差が消えるかどうかをテストしている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ピーク潮汐異方性（$\alpha_{\rm peak}$）は、中心-衛星分類に比べて星形成活動をよりよく予測できるか？
• RQ2 中心、衛星、スプラッシュバック銀河において、sSFRは$\alpha_{\rm peak}$の変化にどのように応じて変化するか？
• RQ3 $\alpha_{\rm peak}$が、銀河タイプに依存せずにsSFR–$M_*$平面における観測された二峰性をどの程度説明できるか？
• RQ4 停止率（$f_{\rm q}$）は、中心と衛星の別々の取り扱いを必要とせず、$\alpha_{\rm peak}$のみで予測可能か？
• RQ5 停止に至るまでの時間遅れは、ピーク潮汐環境に対して果たす役割は何か？ そして、それが観測された$\alpha_{\rm peak}$–sSFR関係にどのように影響するか？

主な発見

• 中心、衛星、スプラッシュバック銀河は、$\alpha_{\rm peak}$が増加する順に階層的であるが、明確な境界は存在しない。
• $v_{\rm peak} \leq 190\,\text{km}\,\text{s}^{-1}$の銀河では、sSFRが$\alpha_{\rm peak}$が増加するにつれて単調に減少し、環境依存的停止の連続的傾向が示された。
• 停止率$f_{\rm q}$は$\alpha_{\rm peak}$と強く相関しており、$z_{\alpha_{\rm peak}} < 0.15$の対象を除いた場合、中心と衛星の$f_{\rm q}$の差は消失した。
• 中心で$z_{\alpha_{\rm peak}} \leq 0.15$かつ$\alpha_{\rm peak} > 1$の銀河は、他の中心銀河と比較して中間ガス分率が約25\%低いことから、早期のガス剥がしの兆候が示された。
• $\alpha_{\rm peak}$–sSFR関係は、小スケールモデルの選択に強く依存せず、連続的フレームワークがシミュレーションのフィードバック規定の結果ではなく、物理的に意味のあるものであることが示された。
• $v_{\rm peak}$と$\alpha_{\rm peak}$の組み合わせにより、sSFRおよび停止のモデリングにおける中心-衛星二分法の必要性が実質的に解消され、銀河進化のより統一的な記述が可能になった。