[论文解读] Mass distribution and accretion of sub-halos

Yun Li, H. J. Mo|ArXiv.org|Aug 3, 2009

Satellite Image Processing and Photogrammetry被引用 11

一句话总结

本研究利用Millennium模拟分析了冷暗物质晕中不同并合类型下的未演化子晕质量函数（USMF）。结果证实，主分支及所有前身子晕的USMF具有普适性，且与宿主晕质量或红移无关；而幸存子晕的USMF则非普适，这是由于潮汐剥离所致，其中在星系团尺度晕中，多达30%的幸存子晕为次级子晕，且并合主要发生于低红移（z < 1）。

ABSTRACT

We use the "Millennium Simulation" to study the mass function of accreted sub-halos during merger events in the dark halo assembly history. Our study includes three kinds of sub-halo mergers: (1) mergers that happen to the main progenitor of dark halos; (2) mergers that happen on the entire merging history tree of dark halos; and (3) mergers that leave identifiable sub-halos in present-day dark halos. We estimate the unevolved sub-halo mass functions (USMFs), for which sub-halo masses are measured at the times of their accretion. For sub-halos that merge into the main branch of a present-day dark halo, their USMF can be well described by a universal functional form, in excellent agreement with previous results. The same conclusion can also be reached for the USMF of all progenitors that have merged to become sub-halos during the entire halo merging history. In both cases, the USMFs are also independent of the redshift of host halos. Due to tidal disruption, only a small fraction of the accreted halos survive as sub-halos identifiable in the present-day dark halos. In cluster-sized halos, about 30% of the survived sub-halos are sub-subhalos, and this fraction decreases with decreasing halo mass. For given halo and sub-halo masses, the accretion time has very broad distribution, but the survived sub-halos are all accreted quite recently.

研究动机与目标

• 量化在暗晕形成过程中被并合的子晕的未演化子晕质量函数（USMF），重点关注三种并合类型：主分支并合、所有前身子晕并合以及幸存子晕。
• 确定USMF是否依赖于宿主晕质量或红移，以挑战星系形成模型中的假设。
• 研究潮汐剥离在塑造现今可观测子晕群体中的作用。
• 评估并合红移的统计分布以及幸存子晕中子子晕的比例。
• 评估其对星系演化模型的影响，特别是依赖于晕并合历史和子晕统计的模型。

提出的方法

• 利用Millennium模拟的高分辨率N体模拟数据，追踪所有前身树中子晕的并合历史。
• 测量子晕在并合时刻的质量（未演化质量），以构建不同并合类别的未演化子晕质量函数（USMF）。
• 应用概率密度函数（PDFs）分析子晕并合的红移分布，包括一半子晕被并合的中位红移。
• 根据并合路径对子晕进行分类：主分支与子分支，并区分那些幸存于潮汐剥离的子晕与被破坏的子晕。
• 通过比较不同宿主晕质量（10^12.1 至 10^14.5 h⁻¹ M☉）和红移下的USMF，检验其普适性。
• 使用统计分析量化幸存子晕中子子晕的比例及其与宿主晕质量的关系。

实验结果

研究问题

• RQ1 被并合至暗晕主分支的子晕的未演化子晕质量函数（USMF）是否具有普适性，且与宿主晕质量或红移无关？
• RQ2 在整个形成历史中并合进入宿主晕的所有子晕的USMF是否也呈现普适形式，且与宿主晕属性无关？
• RQ3 潮汐剥离如何影响幸存子晕群体？其中有多少比例为子子晕（即子晕的子晕）？
• RQ4 子晕并合的红移分布如何？是否存在子晕吸积的偏好时期，特别是对那些幸存至今的子晕？
• RQ5 被并合子晕的特性——尤其是其质量与并合时间——在不同宿主晕质量与并合历史中有多大差异？

主要发现

• 被并合至暗晕主分支的子晕的未演化子晕质量函数（USMF）具有普适性，且与宿主晕质量或红移均无关，与先前结果一致。
• 在整个形成历史中并合进入宿主晕的所有子晕的USMF也具有普适性，且不依赖于宿主晕质量或红移。
• 对于质量为最终宿主晕质量1%或0.1%的子晕，通过子分支并合的数量与主分支并合的数量大致相同或翻倍，表明非主前身子晕有显著贡献。
• 幸存子晕的USMF并非普适，这是由于潮汐剥离所致；在星系团尺度晕（10^14.5 h⁻¹ M☉）中，多达30%的幸存子晕为子子晕，且该比例随宿主晕质量减小而降低。
• 尽管子晕并合覆盖广泛的红移范围，但幸存子晕主要在低红移（z < 1）被并合，表明动力学演化存在显著选择效应。
• 对于给定的宿主晕与子晕质量，其并合红移分布极为宽泛，凸显了子晕吸积的随机性，尽管整体上仍遵循分层演化趋势。