[论文解读] A sea of tides: star formation and the central-satellite dichotomy in a continuum of tidal environments

Jolanta Zjupa, Aseem Paranjape+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 7, 2020

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 3被引用 9

一句话总结

本文提出用基于峰值潮汐各向异性（$\alpha_{\rm peak}$）的连续框架取代星系演化中传统的中心-卫星二元对立，表明恒星形成活动（sSFR）随 $\alpha_{\rm peak}$ 增加而单调下降，涵盖中心星系、卫星星系及溅射星系。关键结果是仅凭 $\alpha_{\rm peak}$ 与 $v_{\rm peak}$ 的组合，即可解释星系熄灭的环境依赖性，从而在 sSFR 趋势中有效消除中心-卫星的界限。

ABSTRACT

The environment-dependent bimodality of the distribution of stellar mass ($M_\ast$) and specific star formation rate (sSFR) of galaxies, and its explanation in terms of the central-satellite dichotomy, form a cornerstone of our current understanding of galaxy evolution in the hierarchical structure formation paradigm. We revisit this framework in the IllustrisTNG simulation in the context of the most extreme local tidal anisotropy $α_{ m peak}$ experienced by each galaxy over cosmic time, which is an excellent proxy for environmental influence. We show that, while sharing a common monotonic $M_\ast$-$v_{ m peak}$ relation, central, satellite and `splashback' galaxies define a hierarchy of increasing $α_{ m peak}$. We also find that the sSFR of objects in small haloes unaffected by feedback from an active nucleus typically decreases with increasing $α_{ m peak}$. Our results support an alternate viewpoint in which a galaxy can be identified by the value of $α_{ m peak}$; i.e., rather than being placed on the central-satellite dichotomy, a galaxy is better classified by its location in a continuum of tidal environments. This conceptual shift can potentially yield a more robust understanding of galaxy evolution and the galaxy-dark matter connection, e.g., in accurately modelling subtle effects such as sSFR-induced secondary clustering.

研究动机与目标

• 通过评估潮汐环境而非星系类型是否更能解释恒星形成趋势，重新审视星系演化中的中心-卫星二元对立。
• 研究在宇宙时空中，峰值潮汐各向异性（$\alpha_{\rm peak}$）是否作为星系熄灭环境影响的更优代理变量，优于传统分类。
• 检验 $\alpha_{\rm peak}$ 是否能将中心星系、卫星星系及溅射星系的 sSFR 与熄灭行为统一于单一连续框架中。
• 评估在 sSFR–$M_*$ 平面中观察到的双峰性是否源于潮汐环境的连续谱，而非中心星系与卫星星系之间的内在差异。
• 探讨这一转变对星系形成建模的影响，特别是提升宇宙学模拟中次级聚类偏移预测的潜力。

提出的方法

• 本研究使用 IllustrisTNG 模拟计算每颗星系在宇宙时空中经历的最大潮汐各向异性 $\alpha_{\rm peak}$，作为环境影响的度量。
• $\alpha_{\rm peak}$ 由局部潮汐场张量计算得出，该张量基于在 $250\,\text{kpc}$ 尺度上平滑的密度与速度梯度场，且设计为与大尺度密度偏移 $\delta$ 无关。
• 星系根据其在 TNG100 模拟中子晕与宿主晕的历史，被分类为中心星系、卫星星系或溅射星系。
• 将 sSFR 与熄灭分数 ($f_{\rm q}$) 按 $\alpha_{\rm peak}$ 分箱，以评估不同星系类型下恒星形成对环境的依赖性。
• 应用回溯红移截断（$z_{\alpha_{\rm peak}} \geq 0.15$）以排除近期熄灭的系统，从而隔离出内在的 $\alpha_{\rm peak}$–sSFR 关系。
• 分析比较以 $\alpha_{\rm peak}$ 为自变量时，不同星系类型在 sSFR 与熄灭趋势上的表现，检验当 $\alpha_{\rm peak}$ 作为主要分类器时，中心-卫星差异是否消失。

实验结果

研究问题

• RQ1 峰值潮汐各向异性（$\alpha_{\rm peak}$）是否比中心-卫星分类更能预测恒星形成活动？
• RQ2 星系的 sSFR 如何随 $\alpha_{\rm peak}$ 在中心星系、卫星星系及溅射星系中变化？
• RQ3 $\alpha_{\rm peak}$ 在多大程度上可独立于星系类型解释 sSFR–$M_*$ 平面中观察到的双峰性？
• RQ4 是否可仅凭 $\alpha_{\rm peak}$ 预测熄灭分数 ($f_{\rm q}$)，从而无需对中心星系与卫星星系分别处理？
• RQ5 熄灭过程的时间延迟相对于峰值潮汐环境的作用如何？其对观测到的 $\alpha_{\rm peak}$–sSFR 关系有何影响？

主要发现

• 中心星系、卫星星系与溅射星系在 $\alpha_{\rm peak}$ 上形成递增的层级结构，彼此之间无明显分界。
• 对于 $v_{\rm peak} \leq 190\,\text{km}\,\text{s}^{-1}$ 的星系，sSFR 随 $\alpha_{\rm peak}$ 增加而单调下降，表明存在连续的环境熄灭趋势。
• 熄灭分数 $f_{\rm q}$ 与 $\alpha_{\rm peak}$ 强烈相关，且当排除 $z_{\alpha_{\rm peak}} < 0.15$ 的对象后，中心星系与卫星星系之间的 $f_{\rm q}$ 差异消失。
• 对于 $z_{\alpha_{\rm peak}} \leq 0.15$ 且 $\alpha_{\rm peak} > 1$ 的中心星系，其介质气体分数比其他中心星系低约 25%，表明气体剥离过程更早启动。
• $\alpha_{\rm peak}$–sSFR 关系对亚网格模型选择具有鲁棒性，表明该连续框架具有物理意义，而非模拟中反馈方案的人为产物。
• 结合 $v_{\rm peak}$ 与 $\alpha_{\rm peak}$ 可有效消除在建模 sSFR 与熄灭行为时对中心-卫星二元对立的需求，为星系演化提供更统一的描述。