[論文レビュー] Halo and Galaxy Formation Histories from the Millennium Simulation: Public release of a VO-oriented and SQL-queryable database for studying the evolution of galaxies in the LambdaCDM cosmogony

Gerard Lemson, Consortium, the Virgo|arXiv (Cornell University)|Aug 1, 2006

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 8被引用数 70

ひとこと要約

本論文は、ミレニアム・シミュレーションから得られたデータを基に、公開可能でVO互換性があり、SQLで照会可能なリレーショナルデータベースを提示している。このデータベースは、ΛCDM宇宙論的モデルにおけるダークマター・ハローおよび銀河の形成と進化を研究者らが探求できるようにする。データベースは、2つの異なる銀河形成モデルに基づく詳細な合体木と銀河の性質を提供しており、宇宙構造形成の大規模統計的分析に適したスケーラブルでリモートクエリ可能な仕組みを備えている。

ABSTRACT

The Millennium Run is the largest simulation of the formation of structure within the $Λ$CDM cosmogony so far carried out. It uses $10^{10}$ particles to follow the dark matter distribution in a cubic region 500$h^{-1}$Mpc on a side, and has a spatial resolution of 5 $h^{-1}$kpc. Application of simplified modelling techniques to the stored output of this calculation allows the formation and evolution of the $\sim 10^7$ galaxies more luminous than the Small Magellanic Cloud to be simulated for a variety of assumptions about the detailed physics involved. As part of the activities of the German Astrophysical Virtual Observatory we have used a relational database to store the detailed assembly histories both of all the haloes and subhaloes resolved by the simulation, and of all the galaxies that form within these structures for two independent models of the galaxy formation physics. We have created web applications that allow users to query these databases remotely using the standard Structured Query Language (SQL). This allows easy access to all properties of the galaxies and halos, as well as to the spatial and temporal relations between them and their environment. Information is output in table format compatible with standard Virtual Observatory tools and protocols. With this announcement we are making these structures fully accessible to all users. Interested scientists can learn SQL, gain familiarity with the database design and test queries on a small, openly accessible version of the Millennium Run (with volume 1/512 that of the full simulation). They can then request accounts to run similar queries on the databases for the full simulations.

研究の動機と目的

• ミレニアム・ランという大規模な宇宙論的シミュレーションによる膨大なシミュレーションデータへの広範な科学的アクセスを提供すること。
• 標準的なSQLインタフェースを備えたリレーショナルデータベースを実装することで、データへのアクセス制限を克服すること。
• ユーザーが銀河およびハローの性質、合体歴史、環境依存性を効率的に抽出できるようにすることで、多様な科学的調査を支援すること。
• 2段階のアクセスモデルを通じてコミュニティ利用を促進すること：まず学習用に公開可能な「ミリーミレニアム」バージョン（全体の1/512）を提供し、その後申請により完全アクセスを提供する。

提案手法

• シミュレーションは、z=127からz=0までにわたる500 h⁻¹ Mpcの体積を、10^10個のダークマター粒子を用いてモデル化しており、63個の赤方偏移スナップショットで出力が保存されている。
• Subfindアルゴリズムを用いて、20個以上の粒子を持つ自己結合ハローおよび準ハローを同定し、これに基づいて合体木が構築されている。
• 銀河形成は、2つの異なる物理的モデルを用いた後処理によりモデル化されており、De Lucia & Blaizot (2006) のモデルとBower et al. (2006) のモデルがそれぞれ異なるフィードバックおよび星形成の規定を組み込んでいる。
• ハロー/準ハローの合体木と銀河の性質を格納するためのリレーショナルデータベーススキーマが設計されており、質量、赤方偏移、位置、速度、形成歴などの属性が含まれる。
• データベースは、標準的なSQLインタフェースを介したリモートアクセスが可能にホスティングされており、仮想観測所（VO）標準に準拠したWebベースのインタフェースを介してインターネット上での照会が可能である。
• 軽量な「ミリーミレニアム」バージョン（全体の1/512）が、公開テスト用に提供されており、悪用を防ぐために照会レート制限および出力サイズの上限が設けられている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ΛCDMモデルにおける宇宙時間にわたるハローおよび銀河の性質の分布はどのように変化するか。また、環境要因と相関関係はあるか。
• RQ2 異なる銀河形成モデル（例：フィードバック機構、IMF仮定）は、予測される明るさ関数および銀河のクラスタリングにどのように影響を与えるか。
• RQ3 質量の大きなハローおよびその中心銀河の合体歴史は何か。z=3からz=0にかけてどのように進化するか。
• RQ4 z=0における高質量銀河の何パーセントがマジョル・マージナーによって形成されたのか。また、高赤方偏移におけるそれらの前身銀河の性質は何か。
• RQ5 明るい銀河を宿すハローの集積歴は、より低質量または低密度の領域と比較してどう異なるか。

主な発見

• 標準的なSQL構文を用いて、形成赤方偏移、合体歴史、空間的・時間的関係といった銀河およびハローの性質を、リモートで効率的に照会可能である。
• ミリーミレニアムバージョンは、ユーザーがSQLを学習し、完全アクセスを必要とせずに照会をテストできるようにし、結果はVO準拠のテーブル形式で返される。
• 本物のデータベースは、明るさ、質量、赤方偏移の広い範囲にわたる銀河集団の照会を可能としており、質量の大きなシステムの前身および子孫の特定も可能である。
• システムは、大規模な銀河およびハロー集団の明るさ関数、クラスタ明るさ関数、合体統計の抽出をサポートしている。
• データベースの設計は、今後、追加の銀河形成モデルやデータ製品が利用可能になった場合に、容易に拡張可能である。
• リリース後13か月間で、本リリースを受けて24篇の追加のプレプリント論文がすでに出版されており、広範な科学的インパクトを示している。