[論文レビュー] The MillenniumTNG Project: Refining the one-halo model of red and blue galaxies at different redshifts

Boryana Hadzhiyska, Lars Hernquist+12 more|arXiv (Cornell University)|Oct 18, 2022

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、高精度な流体ダイナミクス的シミュレーションである MillenniumTNG を用いて、赤がかり（LRG）および青がかり（ELG）銀河のワンホールモデルを精緻化し、2つの主要な改善を導入する。1つは、条件付き確率パラメータを追加した非ポisson的衛星占有モデルであり、もう1つは銀河の同一性（conformity）を反映するための非等方的衛星クラスタリングである。これらの調整により、z=0 および z=1 における小スケールクラスタリング予測が著しく向上し、近い将来の宇宙論的調査における分析精度が向上する。

ABSTRACT

Luminous red galaxies (LRGs) and blue star-forming emission-line galaxies (ELGs) are key tracers of large-scale structure used by cosmological surveys. Theoretical predictions for such data are often done via simplistic models for the galaxy-halo connection. In this work, we use the large, high-fidelity hydrodynamical simulation of the MillenniumTNG project (MTNG) to inform a new phenomenological approach for obtaining an accurate and flexible galaxy-halo model on small scales. Our aim is to study LRGs and ELGs at two distinct epochs, $z = 1$ and $z = 0$, and recover their clustering down to very small scales, $r \sim 0.1 \ { m Mpc}/h$, i.e. the one-halo regime, while a companion paper extends this to a two-halo model for larger distances. The occupation statistics of ELGs in MTNG inform us that: (1) the satellite occupations exhibit a slightly super-Poisson distribution, contrary to commonly made assumptions, and (2) that haloes containing at least one ELG satellite are twice as likely to host a central ELG. We propose simple recipes for modeling these effects, each of which calls for the addition of a single free parameter to simpler halo occupation models. To construct a reliable satellite population model, we explore the LRG and ELG satellite radial and velocity distributions and compare them with those of subhalos and particles in the simulation. We find that ELGs are anisotropically distributed within halos, which together with our occupation results provides strong evidence for cooperative galaxy formation (manifesting itself as one-halo galaxy conformity); i.e.~galaxies with similar properties form in close proximity to each other. Our refined galaxy-halo model represents a useful improvement of commonly used analysis tools and thus can be of help to increase the constraining power of large-scale structure surveys.

研究の動機と目的

• z=0 および z=1 における明るい赤がかり銀河（LRG）および発光線銀河（ELG）のワンホールスケール銀河クラスタリングモデリングの精度を向上させること。
• 大規模な流体ダイナミクス的シミュレーションからの現実的な衛星占有統計と空間的分布を組み込むことで、標準的なホールドオキュパション分布（HOD）モデルの限界を克服すること。
• 銀河の同一性および非等方的衛星分布がワンホールクラスタリングに与える影響を解明すること。
• 宇宙論的調査の予測力の向上を図る、柔軟な体系的銀河-ホールモデルを構築すること。
• 衛星分布および占有統計に関する簡素化された仮定に起因する銀河クラスタリング測定における系統的バイアスを低減すること。

提案手法

• z=0 および z=1 における銀河-ホール接続をモデリングするため、完全なバリオン物理学と高い動的レンジを備えた宇宙論的流体ダイナミクス的シミュレーションである MillenniumTNG（MTNG）を用いる。
• 中央銀河の占有の条件付き確率を制御する1つの自由パラメータを導入した、修正されたホールドオキュパション分布（HOD）モデルを採用し、シミュレーションデータとの整合性を向上させる。
• ELG および LRG の衛星分布を、シミュレーション内の準銀河および粒子の径方向および速度プロファイルに一致させることでモデリングし、非等方的クラスタリングが顕在化されることを明らかにする。
• 非球形で、関連付けに基づく衛星モデルを導入し、衛星がホール中心ではなく他の衛星に近い確率を高くすることで、ワンホール項の予測を改善する。
• 複数の赤方偏移および銀河タイプにおいて、モック銀河クラスタリングとシミュレーションデータを比較することで、モデルの性能を検証する。
• フォールディング・フォローアップ（FoF）のパーコレーション効果を考慮し、衛星プロファイルおよび速度分布を分析することで、標準的なホールファインダーに起因する系統的バイアスを同定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MTNG シミュレーションにおける ELG の衛星占有統計は、標準的なポアソン仮定からどの程度逸脱しているか。その影響はワンホールクラスタリングに及ぼすか？
• RQ2 ELG の衛星はどの程度非等方的にホール内に分布しているか。その分布はワンホールクラスタリング予測にどのように影響するか？
• RQ3 シミュレーションは、ELG 群における協同的銀河形成またはワンホール銀河の同一性に関するどのような証拠を提供しているか？
• RQ4 ELG および LRG の衛星の径方向および速度分布は、準銀河および粒子のそれと比較してどのよう differ するか。これらの差異は、銀河-ホールモデリングにどのような含意を持つか？
• RQ5 条件付き中央銀河占有と衛星関連付けを組み込んだ単純な体系的モデルは、複雑さを増さずにワンホールクラスタリング予測を改善できるか？

主な発見

• ELG の衛星占有はわずかにスーパー・ポアソン的であることが判明し、これは、1つの衛星を有するホールが、ポアソン統計の予測よりも追加の衛星を有する可能性が高いことを示している。
• 少なくとも1つの ELG 衛星を有するホールは、中央 ELG を有する確率が2倍に高くなる。これは、条件付き中央銀河占有確率を制御する1つの自由パラメータを導入することで最もよくモデル化できる。
• ELG 衛星はホール内で非等方的に分布しており、しばしばペアや関連構造を形成する。これは、ワンホールクラスタリングモデルにおける球対称性の仮定を無効にしている。
• 衛星-衛星関連付けに非ゼロの確率を割り当てるモデルは、ワンホールクラスタリング項の予測を著しく改善し、シミュレーションデータとの乖離を低減する。
• 銀河の径方向速度分布は、降着方向に歪んでいるが、現在の精度レベルでは赤方偏移空間の四重極モーメントに顕著なシグネチャを生じさせない。
• 準銀河または粒子のカタログだけでは真の銀河分布を再現できない。物理的プロトコルに基づいて適切に装飾されない限り、正確なワンホールクラスタリング予測は得られない。