[论文解读] Accreted or Not Accreted? The Fraction of Accreted Mass in Galaxies from Simulations and Observations

Rhea–Silvia Remus, Duncan A. Forbes|arXiv (Cornell University)|Jan 28, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 3被引用 5

一句话总结

本研究利用Magneticum流体动力学宇宙学模拟分析了约500个星系中原位形成与吸积恒星质量的径向分布，发现70%的星系具有一个从原位主导到吸积主导的过渡半径，10%在所有区域均为吸积主导，13%具有两个过渡半径。关键发现是，观测到的表面亮度轮廓中的凹陷并不反映真实的吸积过渡，而是干性小质量并合历史的体现，因此双-Sérsic拟合不能作为吸积质量分数的代理指标。

ABSTRACT

In the two-phase scenario of galaxy formation, a galaxy's stellar mass growth is first dominated by in-situ star formation, and subsequently by accretion. We analyse the radial distribution of the accreted stellar mass in ~500 galaxies from the hydrodynamical cosmological simulation Magneticum. Generally, we find good agreement with other simulations in that higher mass galaxies have larger accreted fractions, but we predict higher accretion fractions for low-mass galaxies. Based on the radial distribution of the accreted and in-situ components, we define 6 galaxy classes, from completely accretion dominated to completely in-situ dominated, and measure the transition radii between in-situ and accretion-dominated regions for galaxies that have such a transition. About 70% of our galaxies have one transition radius. However, we also find about 10% of the galaxies to be accretion dominated everywhere, and about 13% to have two transition radii, with the centre and the outskirts both being accretion dominated. We show that these classes are strongly correlated with the galaxy merger histories, especially with the mergers' cold gas fractions. We find high total in-situ (low accretion) fractions to be associated with smaller, lower mass galaxies, lower central dark matter fractions, and larger transition radii. Finally, we show that the dips in observed surface brightness profiles seen in many early-type galaxies do not correspond to the transition from in-situ to accretion-dominated regions, and any inferred mass fractions are not indicative of the true accreted mass. Instead, these dips contain information about the galaxies' dry minor merger assembly history.

研究动机与目标

• 使用高分辨率宇宙学模拟，确定星系中吸积与原位恒星质量的径向分布。
• 根据原位与吸积质量在不同半径上的主导性对星系进行分类，识别出不同的结构类别。
• 研究并合历史（尤其是冷气体分数）如何塑造星系的结构轮廓。
• 检验利用观测到的表面亮度轮廓凹陷推断早期星系中吸积质量分数的有效性。
• 将三维质量分布与投影的二维表面亮度分布进行比较，评估双-Sérsic拟合在追踪吸积组分方面的可靠性。

提出的方法

• 使用Magneticum流体动力学宇宙学模拟对约500个星系进行模拟，追踪每个空间位置上恒星质量的起源（原位或吸积）。
• 基于原位或吸积质量在径向上的主导性，定义六种类别的星系，包括具有一个或两个过渡半径的星系。
• 测量具有清晰过渡的星系中原位与吸积质量主导性之间的过渡半径。
• 将三维恒星质量密度分布投影为二维表面亮度分布，以便与观测数据进行比较。
• 对投影的二维分布拟合双-Sérsic模型，并将拟合得到的断点半径与真实的三维中原位与吸积组分之间的过渡半径进行比较。
• 将结构类别与并合历史数据（特别是并合事件中的冷气体分数）相关联，以识别主导的形成路径。

实验结果

研究问题

• RQ1 有多少比例的星系表现出一个、两个或没有原位与吸积质量主导性之间的过渡半径？
• RQ2 星系质量、中心暗物质分数以及并合历史如何与基于原位与吸积质量分布定义的结构类别相关联？
• RQ3 观测到的二维表面亮度轮廓中的凹陷在多大程度上对应于原位与吸积质量组分之间真实的三维过渡半径？
• RQ4 对观测到的表面亮度轮廓进行双-Sérsic拟合，能否可靠地估计早期星系中真实的吸积质量分数？
• RQ5 干性小质量并合与微型并合在塑造星系外层恒星晕和轮廓特征方面起什么作用？

主要发现

• 模拟星系中约70%具有一个从原位主导到吸积主导的过渡半径，10%在整个区域均为吸积主导，13%具有两个过渡半径，且在核心与外区均呈现吸积主导。
• 原位质量分数较高（吸积比例较低）的星系通常质量较小，半质量半径也较小，且表现出较弱的中心暗物质分数偏低趋势，但最原位主导的星系其中心暗物质分数反而高于典型值。
• 原位与吸积质量主导性之间的过渡半径与星系总恒星质量呈微弱的负相关，但在最常见的星系类型中与原位质量分数有强相关性。
• 模拟得到的二维表面亮度轮廓需要双-Sérsic拟合，但这些拟合的断点半径很少与原位与吸积组分之间真实的三维过渡半径一致。
• 观测到的表面亮度轮廓中的凹陷并不对应于原位到吸积质量主导性的真正过渡；相反，它们标记了从由大质量并合主导的核心向由干性小质量与微型并合构建的晕的过渡。
• 因此，对观测轮廓进行双-Sérsic拟合并不能可靠地指示真实的吸积质量分数，尽管它们可能编码了星系干并合组装历史的信息。