[论文解读] Probing the azimuthal environment of galaxies around clusters. From cluster core to cosmic filaments

Gouin, C., N. Aghanim+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 2, 2019

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 104被引用 8

一句话总结

本研究利用光度巡天中星系分布的多极矩分解，探测6,400个SDSS星系团（M > 10¹⁴ M⊙，0.1 < z < 0.3）周围的方位不对称性，发现星系分布从星系团核心区域（R < 2R₅₀₀）的椭球形逐渐过渡到大半径区域（R = [2–8]R₅₀₀）的丝状结构，其平均角尺度为mmean = 4.2 ± 0.1。与恒星形成星系相比，熄灭星系更强烈地追踪这些丝状结构，表明丝状结构中存在环境驱动的活动抑制。

ABSTRACT

Galaxy clusters are connected at their peripheries to the large scale structures by cosmic filaments that funnel accreting material. These filamentary structures are studied to investigate both environment-driven galaxy evolution and structure formation and evolution. In the present work, we probe in a statistical manner the azimuthal distribution of galaxies around clusters as a function of the cluster-centric distance, the cluster richness, and the galaxy activity (star-forming or passive).We perform a harmonic decomposition in large photometric galaxy catalogue around 6400 SDSS clusters with masses M >1e14 solar masses, in the redshift range of 0.1< z <0.3. The same analysis is performed on the mock galaxy catalogue from the light-cone of Magneticum hydrodynamical simulation. We use the multipole analysis to quantify asymmetries in the 2-D galaxy distribution. In the inner cluster regions at R <2 R500, we confirm that the galaxy distribution traces an ellipsoidal shape, which is more pronounced for richest clusters. In the clusters' outskirts (R= [2-8]R500), filamentary patterns are detected in harmonic space with a mean angular scale m_mean= 4.2+/-0.1. Massive clusters seem to have a larger number of connected filaments than low massive ones. We also find that passive galaxies appear to better trace the filamentary structures around clusters, even if the contribution of SF ones tend to increase with the cluster-centric distance, suggesting a gradient of galaxy activity in filaments around clusters.

研究动机与目标

• 从星系团核心到宇宙丝状结构，统计探测星系在方位上的分布特征。
• 量化星系分布偏离球对称性的程度，作为星系团中心距离和富集度的函数。
• 研究恒星形成星系与熄灭星系群体如何追踪大尺度结构与丝状图案。
• 利用Magneticum流体动力学模拟生成的模拟星系星表验证结果，以控制系统性偏差。

提出的方法

• 对星系团周围二维星系分布应用谐波分解（多极矩），以检测方位不对称性。
• 通过计算以星系团为中心的多极谱与以随机位置为中心的多极谱之比，获得谐波功率过剩，从而隔离由星系团引起的各向异性的信号。
• 在每个星系团周围按红移薄片（∆z = 0.06）选择星系样本，以确保光度红移的准确性。
• 分析基于WISExSCOSMOS光度星系星表和Magneticum光锥模拟星表进行。
• 以R₅₀₀为单位定义星系团中心径向孔径，分析范围从R < 2R₅₀₀延伸至R = [2–8]R₅₀₀。
• 对熄灭/过渡星系与恒星形成星系分别进行分析，以评估其对丝状结构贡献的差异。

实验结果

研究问题

• RQ1 星系在星系团周围的方位分布如何随星系团中心距离和富集度变化？
• RQ2 在星系团外周区域，星系分布的大尺度各向异性的角尺度是多少？其与宇宙丝状结构有何关联？
• RQ3 熄灭星系与恒星形成星系是否对星系团周围丝状结构的追踪存在差异？
• RQ4 谐波功率过剩如何随距离星系团中心的变化而演化？这揭示了哪些关于结构形成的信息？
• RQ5 熄灭星系在多大程度上比恒星形成星系更准确地追踪潜在的宇宙网结构？

主要发现

• 在星系团内区（R < 2R₅₀₀），星系分布表现出主导的四极矩，证实其为椭球形，且在大质量星系团中更为显著。
• 在星系团外区（R = [2–8]R₅₀₀），检测到显著的谐波功率过剩，其平均角尺度为mmean = 4.2 ± 0.1，表明存在丝状结构。
• 富集度更高的星系团表现出更高的平均角尺度（mmean），表明其与宇宙网的连接更强，相较于低富集度星系团。
• 熄灭星系与过渡星系比恒星形成星系更有效地追踪星系团的椭球形结构与丝状图案，后者则表现出更各向同性的分布。
• 恒星形成星系对谐波丝状特征的贡献随星系团中心距离增加而上升，表明丝状结构内部存在星系活动的梯度。
• 内区与外区星系分布的相关性随半径增加而减弱，与理论预测的在更大距离处丝状结构分叉加剧的结论一致。