[论文解读] Testing galaxy feedback models with the first resolved profiles of the circumgalactic medium

Urmila Chadayammuri, Ákos Bogdán+4 more|arXiv (Cornell University)|Mar 2, 2022

Astronomy and Astrophysical Research被引用 3

一句话总结

本研究利用eROSITA的eFEDS巡天获得的空间分辨X射线表面亮度轮廓，检验孤立星系中恒星形成与宁静星系的星系反馈模型。在屏蔽点源及星系群/星系团后，发现观测到的CGM亮度随恒星质量的增长速度比TNG和EAGLE模拟预测得更慢，且恒星形成星系的轮廓更平坦、更弥散——表明当前模型中恒星反馈能量不足，而AGN反馈能量过高。

ABSTRACT

The hot ($>10^6$ K) phase of the circumgalactic medium (CGM) contains a large fraction of baryons in galaxies. It also retains signatures of the processes that shaped the galaxies, such as feedback from active galactic nuclei (AGNs) and supernovae, and offers a uniquely powerful way to constrain theoretical models of feedback. It is, however, notoriously difficult to detect. By stacking 2643 optically selected galaxies in the eROSITA Final Equatorial Depth Survey (eFEDS), we present spatially resolved properties of the extended CGM in both star-forming and quiescent galaxies spanning an order of magnitude in stellar mass. We mask out resolved point sources and galaxy groups/clusters and model the contribution from X-ray binaries and the hot ISM, producing accurate radial profiles. We compare the profiles to mock X-ray observations of galaxy stacks in the IllustrisTNG100 (TNG) and EAGLE cosmological simulations. We detect extended emission from both the high-mass ($10.7<\log(M_*/M_\odot)<11.2$) and low-mass ($10.2<\log(M_*/M_\odot)<10.7$) galaxy stacks. Galaxies have somewhat more luminous CGM between $10-100$~kpc if they are more massive or star-forming. However, the luminosity increases slower with stellar mass than predicted in simulations. Simulated quenched galaxies are far dimmer than observed, suggesting that they rely too heavily on CGM ejection for quenching. Star-forming galaxies are observed to have flatter and more extended profiles than in simulations, suggesting under-efficient stellar feedback models. Our results highlight the need to modify future prescriptions of galaxy feedback models.

研究动机与目标

• 测量孤立星系中热星系晕介质（CGM）的空间分辨X射线发射。
• 将观测到的CGM径向表面亮度轮廓与宇宙学模拟（TNG和EAGLE）的模拟观测结果进行比较。
• 评估当前星系反馈方案在模拟CGM亮度和径向结构方面的准确性。
• 识别模拟与观测之间的系统性差异，揭示反馈建模中的缺陷。

提出的方法

• 基于eFEDS场中2643个光学选中的星系（红移0.01 < z < 0.1），构建了堆叠的X射线表面亮度轮廓。
• 利用eFEDS自洽星表屏蔽扩展源和点源（包括星系群和星系团），以隔离本征CGM发射。
• 对X射线双星和热星系际介质的背景贡献进行建模并减去，以获得干净的径向轮廓。
• 采用相同的堆叠与屏蔽流程，将轮廓与TNG100和EAGLE模拟中的对应堆叠结果进行比较。
• 分析聚焦于恒星质量区间（10.2 < log(M*/M⊙) < 11.2），并区分恒星形成星系与宁静星系。
• 与平行研究（Comparat et al. 2022）进行对比，评估大尺度结构污染的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 在孤立的恒星形成星系与宁静星系中，CGM的X射线亮度如何随恒星质量变化？
• RQ2 TNG与EAGLE模拟的CGM轮廓在幅度与空间范围上是否与观测到的径向表面亮度轮廓一致？
• RQ3 观测到的CGM轮廓揭示了当前星系形成模型中恒星与AGN反馈效率的哪些信息？
• RQ4 星系群与星系团的污染在多大程度上导致了以往堆叠X射线研究中的表观差异？
• RQ5 观测到的CGM特性在多大程度上限制了对反馈或化学富集方案进行修正的必要性？

主要发现

• 在宁静星系中，观测到的CGM亮度随恒星质量增加，但其依赖关系显著弱于TNG与EAGLE模拟的预测。
• 恒星形成星系在所有恒星质量区间内表现出近乎恒定的CGM亮度，与TNG和EAGLE预测的递增趋势形成鲜明对比。
• 恒星形成星系的径向轮廓比模拟更平坦、更弥散，表明模型中恒星反馈对热CGM径向范围的估计不足。
• 模拟的宁静星系比观测更暗，暗示反馈模型在星系熄灭过程中对CGM喷射的依赖过强，而对热气体保留的估计过弱。
• 观测到的CGM X射线发射与‘宁静星系比恒星形成星系更明亮’的假设不一致，这与早期未屏蔽大尺度结构的研究结果相矛盾。
• 结果表明，未来反馈模型必须包含更高效的超新星反馈和更低效的AGN反馈，且可能需要修正影响X射线发射效率的化学富集模型。