[論文レビュー] The Distribution of Satellite Galaxies in the TNG100 Simulation

Bryanne McDonough, Tereasa G. Brainerd|arXiv (Cornell University)|May 31, 2022

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 31被引用数 13

ひとこと要約

本研究では、TNG100宇宙論的シミュレーションにおける孤立したハイス・サテライトの空間的分布を分析し、全サテライトサンプルがホストのダークマターと比較して低い濃度でNFWプロファイルに従う一方で、サテライトの色、明るさ、吸収赤方偏移によってその分布は顕著に異なることが判明した。特に、最も古いかつ最も新しいサテライトの両方とも、ホストの質量密度を忠実に再現しないことが示され、フィードバック効果や動力学的進化の影響により、ΛCDMシミュレーションにおけるダークマターハローのトレーサーとしてのサテライト分布は不適切であることが示された。

ABSTRACT

We investigate the spatial distribution of the satellites of isolated host galaxies in the TNG100 simulation. In agreement with a previous, similar analysis of the Illustris-1 simulation, the satellites are typically poor tracers of the mean host mass density. Unlike the Illustris-1 satellites, here the spatial distribution of the complete satellite sample is well-fitted by an NFW profile; however, the concentration is a factor of ~2 lower than that of the mean host mass density. The spatial distribution of the brightest 50% and faintest 50% of the satellites are also well-fitted by NFW profiles, but the concentrations differ by a factor of ~2. When the sample is subdivided by host color and luminosity, the number density profiles for blue satellites generally fall below the mean host mass density profiles while the number density profiles for red satellites generally rise above the mean host mass density profiles. These opposite, systematic offsets combine to yield a moderately good agreement between the mean mass density profile of the brightest blue hosts and the corresponding number density profile of their satellites. Lastly, we subdivide the satellites according to the redshifts at which they joined their hosts. From this, we find that neither the oldest one third of the satellites nor the youngest one third of the satellites faithfully trace the mean host mass density.

研究の動機と目的

• TNG100シミュレーションにおけるサテライト銀河が、ホスト銀河のダークマターハローの空間的分布をどの程度よくトレースするかを評価すること。
• ホストおよびサテライトの性質に応じて、サテライトの数密度プロファイルがホスト質量密度のNFWプロファイルと一致するかを調査すること。
• サテライトの年齢（吸収赤方偏移により定義）が、ホスト質量分布をトレースする能力に与える影響を特定すること。
• TNG100の結果を先行するシミュレーション（例：Illustris-1）と比較し、銀河形成物理学の違いに起因する相違点を特定すること。
• ΛCDMにおけるハローの性質を推定するために、サテライト分布を信頼できるものと見なせるかを評価すること。

提案手法

• 著者らはTNG100シミュレーションから孤立したホスト-サテライト系を選別し、スターマスが10^10 M⊙を超えるホストおよびr200内に存在するサテライトを対象とした。
• サテライトの球対称平均数密度プロファイルを計算し、ホストのダークマター質量密度にフィットしたNFWプロファイルと比較した。
• NFWプロファイルは標準形 ρ(r)/ρcrit = δc / [(r/rs)(1 + r/rs)^2] を用い、rs = r200/c および式(2)を用いてδcをcから導出する。
• サテライトはホストおよびサテライトの色（g−r）、明るさ（Mr）、初回ハロー到達時の赤方偏移（zJ）によって分類し、物理的性質に依存する依存性を評価した。
• 統計的適合度はχ²/νを用いて評価し、1より大きい値はサテライトプロファイルと質量密度プロファイルの間で適合が悪いことを示す。
• フィードバックモデルの影響を特定するため、異なるサテライトサブグループ間の結果を比較し、Illustris-1のような先行シミュレーションと対比した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 TNG100シミュレーションにおけるサテライト銀河は、ホストのダークマターハローのNFWに類似した質量密度プロファイルを忠実にトレースするか？
• RQ2 サテライトの数密度プロファイルは、ホストおよびサテライトの色、明るさ、吸収赤方偏移に応じてどのように変化するか？
• RQ3 最も古いかつ最も新しいサテライトの3分の1は、どちらがホスト質量分布のより良いトレーサーか？
• RQ4 TNG100におけるサテライト分布がIllustris-1と異なるのはなぜか、特に小スケールで顕著な違いが見られるのはなぜか？
• RQ5 観測されたサテライト分布は、ΛCDMにおける真のダークマターハローの性質をどの程度信頼性を持って推定できるか？

主な発見

• TNG100の全サテライトサンプルはNFWプロファイルにうまくフィットするが、ホストのダークマターハローと比較して濃度が約2倍低い。
• 最も明るい50%のサテライトの数密度プロファイルはNFWプロファイルにうまくフィットするが、濃度は最も暗い50%のサテライトと比較して約2倍高い。
• 青いサテライトは数密度プロファイルがホストの質量密度プロファイルを下回るが、赤いサテライトは上回るため、全サンプルでは部分的に相殺される。
• 最も古い3分の1のサテライトの数密度プロファイルはホスト質量密度よりも濃度が高く、最も若い3分の1は逆に低濃度であるため、両方ともハローを忠実にトレースしていない。
• TNG100のサテライト分布は、Illustris-1シミュレーションで見られるような急激な内側の増加を示さないため、AGNや風などのフィードバックモデルが小スケールのサテライトクラスタリングを顕著に変化させていると考えられる。
• どのサブグループのサテライトの数密度プロファイルに対しても正式な一致が得られない（すべてのケースでχ²/ν > 1）ため、ΛCDMシミュレーションにおけるハロー質量プロファイルのトレーサーとしてのサテライト分布は信頼できない。