[論文レビュー] The Intrinsic Shapes of Low Surface Brightness Galaxies: a Discriminant of LSBG Formation Mechanisms

Erin Kado-Fong, Mihai Petrescu+9 more|arXiv (Cornell University)|Jun 9, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 4被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、HSC-SSP、DES、およびレガシーサーベイの多波長画像を用いて、低表面ねらい銀河（LSBGs）の固有形状を推定する。選択効果を考慮するため、投影された楕円度と顕著な表面輝度を同時にモデル化する。LSBGsは、赤と青の集団間に顕著な形状差がないことから、扁平な回転楕円体として最もよく記述され、星形成の径方向移動による形成が一貫していることが判明。これにより、競合する形成メカニズムが制限される。

ABSTRACT

We use the low surface brightness galaxy (LSBG) samples created from the Hyper Suprime-Cam Subaru Strategic Program (HSC-SSP, 781 galaxies), the Dark Energy Survey (DES, 20977 galaxies), and the Legacy Survey (selected via HI detection in the Arecibo Legacy Fast ALFA Survey, 188 galaxies) to infer the intrinsic shape distribution of the low surface brightness galaxy population. To take into account the effect of the surface brightness cuts employed when constructing LSBG samples, we simultaneously model both the projected ellipticity and the apparent surface brightness in our shape inference. We find that the LSBG samples are well-characterized by oblate spheroids, with no significant difference between red and blue LSBGs. This inferred shape distribution is in good agreement with similar inferences made for ultra-diffuse cluster galaxy samples, indicating that environment does not play a key role in determining the intrinsic shape of low surface brightness galaxies. We also find some evidence that LSBGs are more thickened than similarly massive high surface brightness dwarfs. We compare our results to intrinsic shape measures from contemporary cosmological simulations, and find that the observed LSBG intrinsic shapes place considerable constraints on the formation path of such galaxies. In particular, LSBG production via the migration of star formation to large radii produces intrinsic shapes in good agreement with our observational findings.

研究の動機と目的

• 低表面ねらい銀河（LSBGs）の固有形状分布が多様な環境でどのように分布しているかを特定すること。
• LSBGサンプル構築に伴う表面ねらいとサイズのカットによって生じる選択バイアスを補正すること。
• 赤と青のLSBG間に固有形状の差異があるかどうかを検証し、形成メカニズムを区別できるかを検討すること。
• 宇宙論的シミュレーションからの予測と観測されたLSBG形状を比較し、形成経路を制限すること。
• 環境要因と内部プロセスのどちらがLSBGの形状を支配しているかを評価すること。

提案手法

• 本分析では、HSC-SSPから781個、DESから20,977個、およびレガシーサーベイから188個（H I検出を用いて選別）の3つの大規模なLSBGサンプルを用いる。
• 選択効果を補正するため、投影された楕円度と顕著な表面輝度から同時に固有形状を推定するための連合尤度モデルを開発する。
• 固有形状分布は、扁平な回転楕円体を仮定し、ベイズ推論を用いて形状パラメータを推定する。
• 表面輝度選択の非一様性を考慮し、観測されたgバンド平均有効表面輝度を制約条件として組み込む。
• 既知の固有形状と観測ノイズを持つシミュレーテッド銀河を用いて、形状推定の妥当性を検証する。
• 現在の宇宙論的シミュレーションの形状予測（特に、径方向移動とフィードバック駆動形成を含む）と結果を比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 多波長画像と選択関数補正によって制限された低表面ねらい銀河の固有形状分布は何か？
• RQ2 赤と青のLSBGは異なる固有形状を示すのか？ その結果は形成メカニズムに何を示唆するか？
• RQ3 観測されたLSBGの固有形状は、銀河形成の宇宙論的シミュレーションからの予測とどのように比較できるか？
• RQ4 環境（例：銀河団対フィールド）がLSBGの固有形状を決定づける主要因であるか？
• RQ5 観測された形状は、星形成の径方向移動がLSBGの形成メカニズムとして支持される程度はどの程度か？

主な発見

• LSBGの固有形状分布は、赤と青の集団間に顕著な差がないことから、扁平な回転楕円体として最もよく記述される。
• 観測された形状分布は、超拡散銀河（UDG）サンプルと良好に一致しており、環境が固有形状に強く影響しないことを示唆する。
• LSBGsが同様の質量を持つ高表面ねらいの矮星に比べてやや厚みが強い（すなわち、軸比が大きい）傾向があるという若干の証拠がある。
• 観測された形状分布は、形成メカニズムを強く制限しており、星形成の径方向移動が観測と整合する形状を生成することが判明した。
• 径方向移動を含む宇宙論的シミュレーションは、観測された扁平な形状分布を再現するが、高スピンハローまたは環境的クエンチングといった他のメカニズムではそれほどよく一致しない。
• 楕円度と表面輝度の同時モデリングにより、LSBGサンプルにおける選択バイアスを補正し、形状推定の精度が著しく向上した。