[论文解读] Which galaxy property is the best indicator of its host dark matter halo properties?

David A. Wake, Marijn Franx+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 9, 2012

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 10

一句话总结

本研究调查了星系的哪个性质——恒星质量、动力学质量、速度弥散度、颜色或形态——最能反映其宿主暗物质晕的性质。利用斯隆数字巡天（SDSS）数据，研究发现速度弥散度（σ）是聚类幅度最强的预测因子，优于恒星质量和动力学质量，表明σ与晕质量或形成年龄的关联比总质量更紧密。结果表明，星系的恒星形成历史与晕性质的关系比与总质量的关系更为密切。

ABSTRACT

In this work we investigate the link between galaxy velocity dispersion, mass and other properties (color, morphology) with the properties of dark matter halos by comparing the clustering of galaxies at both fixed mass and velocity dispersion. We use the Sloan Digital Sky Survey to define a volume limited sample of massive galaxies complete in both stellar mass (>6e10 Msun) and velocity dispersion (>75 km/s). Using this sample we show that at fixed velocity dispersion there is no dependence of the clustering amplitude on stellar or dynamical mass. Conversely when stellar or dynamical mass are fixed there is a clear dependence of the clustering amplitude on velocity dispersion with higher dispersion galaxies showing a higher clustering amplitude. We also show that whilst when stellar or dynamical mass are fixed there remains a dependence of clustering amplitude on morphology, there is no such dependency when dispersion is fixed. However, we do see a dependence of the clustering amplitude on color when both mass and dispersion are fixed. Despite this, even when we restrict our samples to only elliptical or red galaxies the relationship between dispersion and clustering amplitude at fixed mass remains. It seems likely that the residual correlation with color is driven by satellite galaxies in massive halos being redder at fixed dispersion. The lack of a similar morphology dependence implies that the mechanism turning satellites red is not changing their morphology. Our central result is that velocity dispersion is more closely related to the clustering amplitude of galaxies than either stellar or dynamical mass. This implies that velocity dispersion is more tightly correlated with the halo properties that determine clustering, either halo mass or age, and supports the notion that the star formation history of a galaxy is more closely related to its halo properties than its overall mass.

研究动机与目标

• 确定哪个性质最能准确指示星系宿主暗物质晕的性质。
• 检验速度弥散度（σ）、恒星质量（M_star）、动力学质量（M_dyn）、颜色（g−r）、形态或表面质量密度中，哪一个与晕性质通过聚类的相关性最强。
• 在固定质量或σ的情况下，分离出对星性性质的残余依赖关系，以识别最根本的晕踪迹变量。
• 评估星系形成历史是否比总质量更紧密地与σ等动力学性质相关。

提出的方法

• 使用SDSS DR7中质量较大的星系（M_star > 6×10¹⁰ h⁻¹ M⊙，σ > 75 km/s）的体积受限样本，包含完整的恒星质量、速度弥散度、颜色、形态和大小测量数据。
• 通过投影相关函数 w_p(r_p) 测量聚类幅度，以评估晕质量的依赖关系。
• 在固定另一变量（如M_dyn或σ）的前提下，比较单一星性性质（如σ或M_star）的窄区间内聚类幅度，识别残余依赖关系。
• 使用NYU价值增强星系星表和MPA-JHU恒星质量星表进行k校正和完整性校正。
• 分析仅限于椭圆星系（P_el > 0.6）和红星系（g−r > 0.9）的样本，以检验结果的稳健性。
• 在尺度 1.6 < r_p < 25.1 h⁻¹ Mpc 上拟合 w_p(r_p) 比值，量化高、低性质子样本之间的相对聚类差异。

实验结果

研究问题

• RQ1 当恒星质量或动力学质量固定时，聚类幅度是否依赖于星系的速度弥散度？
• RQ2 当质量和速度弥散度均固定时，聚类幅度如何随星系颜色（g−r）变化？
• RQ3 当速度弥散度固定时，聚类是否仍对星系形态存在残余依赖？
• RQ4 星性性质与晕质量相关性的强度在速度弥散度、恒星质量和动力学质量之间是否存在差异？
• RQ5 当质量和σ均固定时，颜色与聚类之间的残余相关性由何驱动？

主要发现

• 在固定速度弥散度时，聚类幅度不依赖于恒星质量或动力学质量，表明σ比总质量更优的晕踪迹变量。
• 当恒星质量或动力学质量固定时，速度弥散度更高的星系表现出显著更高的聚类幅度，证实σ与晕质量之间存在强关联。
• 当速度弥散度固定时，聚类对形态无残余依赖，表明形态并非晕性质的主要指标。
• 当质量和σ均固定时，g−r颜色仍存在残余依赖，但这很可能是由大质量晕中星系更偏红的卫星星系导致，而非形态变化所致。
• 即使在仅限椭圆星系或红星系的样本中，速度弥散度与聚类幅度的关系依然成立，进一步强化了σ作为晕踪迹的稳健性。
• 结果支持星系恒星形成历史与晕性质的关联比与总质量更紧密，且速度弥散度是晕质量或形成年龄的更优代理指标。