[논문 리뷰] Observational evidence of galaxy assembly bias

Antonio D. Montero-Dorta, E. Pérez외 11명|arXiv (Cornell University)|2017. 04. 28.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 48인용 수 26

한 줄 요약

이 연구는 SDSS-III BOSS 설문에서 300,000개의 밝은 빨간은하성(LRGs)을 분석하여 은하 형성 편향에 대한 관측적 증거를 제시한다. 별 형성 역사를 및 군집 측정을 통해, 질량의 80%를 z≈5까지 형성하는 빠른 성장 LRGs는 유사한 별 질량을 가진 느린 성장 대비보다 훨씬 더 높은 군집도를 보이며 더 두꺼운 대규모 구조 내에 위치함을 발견하였다. 이는 헬름 형성 역사를 질량 외적으로 은하 군집에 영향을 미친다는 것을 시사한다.

ABSTRACT

We analyze the spectra of 300,000 luminous red galaxies (LRGs) with stellar masses $M_* \gtrsim 10^{11} M_{\odot}$ from the SDSS-III Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS). By studying their star-formation histories, we find two main evolutionary paths converging into the same quiescent galaxy population at $z\sim0.55$. Fast-growing LRGs assemble $80\%$ of their stellar mass very early on ($z\sim5$), whereas slow-growing LRGs reach the same evolutionary state at $z\sim1.5$. Further investigation reveals that their clustering properties on scales of $\sim$1-30 Mpc are, at a high level of significance, also different. Fast-growing LRGs are found to be more strongly clustered and reside in overall denser large-scale structure environments than slow-growing systems, for a given stellar-mass threshold. Our results imply a dependence of clustering on stellar-mass assembly history (naturally connected to the mass-formation history of the corresponding halos) for a homogeneous population of similar mass and color, which constitutes a strong observational evidence of galaxy assembly bias.

연구 동기 및 목표

• 은하 군집이 총 질량 외에 별 질량 형성 역사에 의해 영향을 받는지 조사한다.
• 이전 연구에서 위성 은하의 오염과 질량 불일치로 인해 발생하는 은하 형성 편향에 대한 합의 부족 문제를 해결한다.
• 위성 오염이 최소한인 균일하고 대규모의 LRG 샘플을 사용하여 형성 역사 효과를 분리한다.
• 군집 차이가 별 질량인지 형성 역력인지 테스트하기 위해 무작위로 생성된 모의 샘플을 사용한다.
• 빠르게 성장하는 LRGs가 느리게 성장하는 것보다 질량이 유사한 경우 더 두꺼운 대규모 구조 내에 존재함을 확인한다.

제안 방법

• BOSS DR12에서 확보한 300,000개의 LRGs의 통합 스펙트럼에 별 집단 합성 모델을 적합하여 분석한다. 이들 LRGs는 M* ≥ 10^11 M☉ 이며 0.5 < z < 0.6 범위에 속한다.
• 전체 스펙트럼 피팅을 통해 별 형성 역사(SFHs)를 유도하여 은하를 빠르게 성장하는 집단과 느리게 성장하는 집단으로 분류한다.
• 1–30 Mpc 범위에서의 투영 이중상관 함수(w(rp))를 측정하여 빠르게 성장하는 LRGs와 느리게 성장하는 LRGs 간의 군집 강도를 비교한다.
• 각 LRG 집단과 전체 샘플 간의 교차 상관 분석을 수행하여 환경 밀도의 차이를 평가한다.
• 유사한 별 질량을 가지지만 무작위로 설정된 SFHs를 가진 무작위 모의 LRG 샘플을 생성하여 군집 차이가 질량에 의해 유도되는지 테스트한다.
• 일致성을 확보하기 위해 ΩM=0.307, ΩΛ=0.693, H0=67.8 km s⁻¹ Mpc⁻¹ (Planck 2014)의 천체물리학 모델과 AB 등급을 사용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 유사한 별 질량을 가진 LRGs가 다른 별 형성 역사를 가질 경우, 군집 성질이 다를까?
• RQ2 빠르게 성장하는 LRGs와 느리게 성장하는 LRGs 간의 관측된 군집 차이는 별 질량인지 형성 역력 때문일까?
• RQ3 유사한 질량을 가진 빠르게 성장하는 LRGs는 느리게 성장하는 LRGs보다 더 두꺼운 대규모 구조 내에 존재할까?
• RQ4 군집 강도의 차이가 질량 불일치나 시스템적 오차 때문인지, 아니면 은하 형성 편향을 시사하는가?
• RQ5 거대하고 휴면 상태인 은하의 경우 형성 역력이 헬름 편향에 어떤 정도의 영향을 미치는가?

주요 결과

• 빠르게 성장하는 LRGs는 z ≈ 5까지 별 질량의 80%를 형성하는 반면, 느리게 성장하는 LRGs는 z ≈ 1.5까지 같은 질량에 도달함으로써 두 가지 다른 진화 경로를 나타낸다.
• 1–30 Mpc 범위에서 빠르게 성장하는 LRGs의 군집 강도는 느리게 성장하는 LRGs보다 약 20% 높으며, 유의수준은 5σ를 초과한다.
• 무작위 모의 샘플을 통해 별 질량을 통제한 후에도 군집 강도의 차이가 유지되며, 이 경우 강도 차이가 5% 미만이었다.
• 교차 상관 함수 분석 결과, 빠르게 성장하는 LRGs가 전체적으로 더 두꺼운 대규모 구조 환경에 위치해 있으며, 1–30 Mpc 범위에서 강도가 약 10% 더 높다.
• 관측된 헬름 편향 비율 약 10%는 고정 질량에서 헬름 농도와 형성 시점 의존성에 대한 이론적 예측과 일치한다.
• 이 결과들은 균일하고 대규모이며 중심 집중된 은하 집단에서 별 질량 형성 역사와 은하 군집 간의 직접적인 관측적 증거를 제공한다.