[论文解读] Connected structure in the 2dFGRS

D. N. A. Murphy, V. R. Eke+1 more|Oct 11, 2010

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 43被引用 14

一句话总结

本文提出一种两步法朋友-朋友算法，用于在星系红移巡天中识别连通的大尺度结构，采用圆柱形连接以减轻星系团运动引起的红移空间畸变，随后使用球形连接检测丝状系统。该方法应用于2dFGRS，识别出7,603个连通系统，最大尺度达200 h⁻¹ Mpc，其中包括两条亮度接近10¹⁴ h⁻² L⊙的巨型丝状结构，尽管经过调整，ΛCDM模拟巡天中仍无法重现这些结构，表明星系形成模型可能低估了大尺度结构的丰度。

ABSTRACT

We describe and apply a simple prescription for defining connected structures in galaxy redshift surveys. The method is based upon two passes with a friends-of-friends groupfinder. The first pass uses a cylindrical linking volume to find galaxy groups and clusters, in order to suppress the line-of-sight smearing introduced by the large random velocities of galaxies within these deep potential wells. The second pass, performed with a spherical linking volume, identifies the connected components. This algorithm has been applied to the 2dFGRS, within which it picks out a total of 7,603 systems containing at least two galaxies and having a mean redshift less than 0.12. Connected systems with many members appear filamentary in nature, and the algorithm recovers two particularly large filaments within the 2dFGRS. For comparison, the algorithm is has also been applied to LambdaCDM mock galaxy surveys. While the model population of such systems is broadly similar to that in the 2dFGRS, it does not generally contain such extremely large structures.

研究动机与目标

• 开发一种稳健的方法，用于识别星系红移巡天中连通的大尺度结构，同时考虑红移空间畸变的影响。
• 量化2dFGRS中丝状结构的特性，特别是其亮度和空间尺度。
• 将观测到的连通结构分布与ΛCDM模拟星系巡天中的结果进行比较，以检验该模型再现极端大尺度特征的能力。
• 探究2dFGRS中最亮的结构（如巨型丝状结构）是否挑战标准ΛCDM宇宙学模型的预测。

提出的方法

• 该方法采用两步法朋友-朋友（FoF）算法：第一步使用圆柱形连接体积识别星系群和星系团，以减少深势阱中随机速度引起的视线方向展宽。
• 第二步使用球形连接体积将星系群连接成更大的连通组分，从而识别巡天体积中的丝状结构。
• 该算法应用于2dFGRS数据，该数据覆盖1500 deg²，包含191,897个星系，中值红移为0.11，流量极限为bJ ~ 19.45。
• 通过使用与2dFGRS中大尺度系统取向分布相匹配的星 magnitude 限制校正因子 χ，对连通系统的亮度进行校正。
• 将相同算法应用于50份基于ΛCDM模拟的2BASICC模拟星表，以比较结构统计特性。
• 同时使用Hubble Volume模拟星表进行交叉验证，其中χ被调整以匹配2dFGRS系统在取向分布上的特征。

实验结果

研究问题

• RQ1 2dFGRS中最大的连通结构（如巨型丝状结构）是否超出了ΛCDM模拟巡天的统计预期？
• RQ2 星系团中星系运动引起的红移空间畸变在多大程度上会偏差连通大尺度结构的检测结果？
• RQ3 2dFGRS中连通系统的亮度和空间尺度与基于ΛCDM的模拟巡天中的结果相比如何？
• RQ4 在模拟中对连接算法进行经验调参，能否重现2dFGRS中观测到的最极端结构的取向和亮度分布？

主要发现

• 该算法在2dFGRS中识别出7,603个连通结构，其最小包含两个星系且平均红移 ≤ 0.12，最大尺度可达 ∼200 h⁻¹ Mpc。
• 2dFGRS中最亮的连通系统其bJ亮度接近10¹⁴ h⁻² L⊙，表明其具有丝状形态。
• 即使将连接参数χ调整至与模拟中大尺度系统的取向分布相匹配，最亮的模拟结构仍显著低于2dFGRS中最亮的系统。
• 该差异在多个模拟星表中持续存在，包括50份2BASICC和22份Hubble Volume模拟，表明其并非统计涨落所致。
• 该模型在星系群和星系团中过度丰度的低亮度星系，导致大尺度系统的取向偏向径向对齐，而这种现象在2dFGRS中并未观测到。
• 结果表明，模拟中无法重现最亮丝状结构的原因更可能源于星系形成模型的缺陷，而非ΛCDM宇宙学模型的根本性问题。