[論文レビュー] How Cosmic Web Detachment Drives Galaxy Quenching

Miguel A. Aragón-Calvo, Mark C. Neyrinck+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 26, 2016

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 72被引用数 24

ひとこと要約

宇宙の網分離（CWD）モデルは、銀河の活動停止が、宇宙の網における初期の連続したフィラメントから分離することで起こることを提案している。これは冷たいガスの降着が止まることに起因する純粋な重力的プロセスであり、飢餓状態、窒息状態、ガスの剥ぎ取りを統合的に説明し、降着の減少、星形成率の歴史、銀河の色-質量-密度関係を自然に説明する。

ABSTRACT

We present the Cosmic Web Detachment (CWD) model, a conceptual framework to interpret galaxy evolution in a cosmological context, providing a direct link between the star formation history of galaxies and the cosmic web. The CWD model unifies several mechanism known to disrupt or stop star formation into one single physical process and provides a natural explanation for a wide range of galaxy properties. Galaxies begin accreting star-forming gas at early times via a network of primordial highly coherent filaments. The efficient star formation phase ends when non-linear interactions with other galaxies or elements of the cosmic web detach the galaxy from its network of primordial filaments, thus ending the efficient accretion of cold gas. The stripping of the filamentary web around galaxies is the physical process responsible of star formation quenching in gas stripping, harassment, strangulation and starvation. Being a purely gravitational/mechanical process CWD acts at a more fundamental level than internal feedback processes. We introduce a simple and efficient formalism to identify CWD events in N-body simulations. With it we reproduce and explain, in the context of CWD, several key observations including downsizing, the cosmic star formation rate history, the galaxy mass-color diagram and the dependence of the fraction of red galaxies with mass and local density.

研究の動機と目的

• 宇宙の網構造に起因する1つの物理的プロセスとして、飢餓状態、窒息状態、ガスの剥ぎ取りといった異なる活動停止メカニズムを統一すること。
• 星形成の降着の減少と時間的な宇宙の星形成率の歴史を説明すること。
• 銀河の質量-色図と、赤色銀河の割合が質量および局所密度に依存する現象を説明すること。
• N体シミュレーションにおいてCWDイベントを特定する形式的枠組みを開発し、実証的検証を可能にすること。
• 内部フィードバックよりも根本的なレベルで作用する重力的・力学的メカニズムとして、活動停止を第一原理的に説明すること

提案手法

• 宇宙の網分離（CWD）モデルを、銀河の活動停止と宇宙の網構造の変化を結びつける概念的枠組みとして提唱すること。
• CWDを、非線形的相互作用によって銀河が初期の連続的ガス降着フィラメントから接続を失う物理的プロセスとして定義すること。
• フィラメント接続性の変化とガス降着歴に基づいて、N体シミュレーション内でのCWDイベントを検出する形式的枠組みを導入すること。
• その形式的枠組みを用いてCWDイベントを同定し、銀河集団における観測された活動停止の兆候と相関させること。
• CWDフレームワーク内で、質量-色図や赤色銀河割合の時間的変化といった主要な観測的傾向を再現すること。
• CWDを、内部フィードバックとは独立して作用する重力的メカニズムとして位置づけ、活動停止の第一原理的説明を提供すること

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 宇宙の網の初期フィラメントからの分離が、なぜ銀河における冷たいガスの降着が停止するのか？
• RQ2 CWDは、飢餓状態、窒息状態、ガスの剥ぎ取りといった複数の活動停止メカニズムを、1つの物理的プロセスとしてどれほど統合できるか？
• RQ3 CWDモデルは、観測された星形成の降着の減少と宇宙の星形成率の歴史を再現できるか？
• RQ4 CWD形式的枠組みは、N体シミュレーション内でどのように活動停止イベントを同定し、銀河の性質に対する予測力は何か？
• RQ5 赤色銀河の割合が質量および局所密度の両方に依存する理由は何か？CWDはこの依存関係を自然に説明できるか？

主な発見

• 銀河の活動停止は、宇宙の網における初期の連続的フィラメントからの分離によって引き起こされ、効率的な冷たいガスの降着が停止する。
• CWDモデルは、飢餓状態、窒息状態、ガスの剥ぎ取りを、同じ根本的プロセスの顕在化として統一的に重力的説明を提供する。
• CWD形式的枠組みは、N体シミュレーション内での活動停止イベントを効果的に同定でき、観測結果との直接比較を可能にする。
• このモデルは、星形成の降着の減少と時間的な宇宙の星形成率の歴史を自然に再現する。
• CWDフレームワークは、銀河の質量-色図と、質量および局所密度に依存する赤色銀河割合の観測的依存関係を説明する。
• CWDは内部フィードバックよりも根本的なレベルで作用し、内部プロセスではなく大規模な重力的相互作用によって駆動されるため、より基本的なメカニズムである。