[论文解读] Evolution of halo-halo clustering and bias in a LCDM model

Andrey V. Kravtsov, Anatoly Klypin+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 29, 1998

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 3

一句话总结

本研究在ΛCDM框架下利用高分辨率N体模拟，探究了晕-晕关联与尺度依赖性偏差，解决了密集区域中的过度并合问题。研究发现，星系尺度晕的关联函数呈幂律分布，斜率约为1.6–1.8，且在小于7/h Mpc的尺度上出现尺度依赖性偏差，模拟晕关联与z=0及高红移观测的星系数据高度一致。

ABSTRACT

We study the evolution of the halo-halo correlation function and bias in a LCDM model using very high-resolution N-body simulations. The high force and mass resolution allows dark matter (DM) halos to survive in the tidal fields in high-density regions and thus prevents the ambiguities related with the ``overmerging problem.'' Numbers of galaxy-size halos in cluster-like objects in our simulation are similar to the numbers of galaxies observed in real clusters. This allows us to estimate for the first time the evolution of the correlation function and bias at small (down to ~100/h kpc) scales. We compare particle distribution, dark matter correlation function, density profiles, and halo mass function produced with our N-body code and corresponding results of the AP3M simulations. We find that at all epochs the 2-point correlation function of galaxy-size halos xihh is well approximated by a power-law with slope ~1.6-1.8. The difference between the shape of xihh and the shape of the correlation function of matter results in the scale-dependent bias at scales <7/h Mpc, which we find to be a generic prediction of the hierarchical models, independent of the epoch and of the model details. We find that our results agree well with existing clustering data at different redshifts, indicating the general success of the picture of structure formation in which galaxies form inside the host DM halos. Particularly, we find an excellent agreement in both slope and the amplitude between xihh(z=0) in our simulation and the galaxy correlation function measured using the APM galaxy survey. At high redshifts, the observed clustering of the Lyman-break galaxies is also reasonably well reproduced by the models.

研究动机与目标

• 通过高分辨率模拟研究ΛCDM模型中晕-晕关联与偏差的演化。
• 通过采用高力场与高质量分辨率，克服暗物质模拟中的过度并合问题。
• 将模拟的晕关联与不同红移下观测的星系关联数据进行比较。
• 评估星系形成于暗物质晕中的分层结构形成模型的一致性。
• 量化小尺度（~100/h kpc）偏差的尺度依赖性及其随时间的演化。

提出的方法

• 对ΛCDM宇宙学模型进行极高分辨率的N体模拟，以解析高密度区域中的暗物质晕。
• 使用高力场与高质量分辨率的代码，防止潮汐环境中子晕的人为并合。
• 在多个红移下测量两点晕-晕关联函数（xihh），以追踪关联的演化。
• 将模拟的晕关联函数与物质关联函数进行比较，以量化尺度依赖性偏差。
• 通过AP3M模拟和APM巡天、莱曼断裂星系的观测数据验证结果。
• 分析密度剖面、质量函数与粒子分布，以确保模拟的可靠性与一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在ΛCDM模型中，晕-晕关联函数如何随时间演化？
• RQ2 在分层结构形成中，晕与潜在物质之间的偏差具有何种性质及其尺度依赖性？
• RQ3 模拟的星系尺度晕在z=0时在多大程度上再现了观测到的星系关联幅度与斜率？
• RQ4 高分辨率模拟能否解决过度并合问题并生成真实的类星系团晕群体？
• RQ5 模拟的晕关联结果在多大程度上与高红移莱曼断裂星系的观测相吻合？

主要发现

• 两点晕-晕关联函数（xihh）在所有研究的红移下均呈幂律分布，斜率约为1.6–1.8。
• 在小于7/h Mpc的尺度上出现尺度依赖性偏差，这是分层模型的普遍特征，与时期或模型细节无关。
• z=0时模拟的晕关联函数在幅度与斜率上均与APM星系巡天高度一致，表明与观测结果具有强一致性。
• 模拟中类星系团结构内的星系尺度晕的数量与真实星系团中观测到的星系数目相符。
• 莱曼断裂星系的高红移关联在模型中得到合理再现，支持基于晕的星系形成图像。
• 模拟结果在粒子分布、物质关联函数、密度剖面与质量函数方面与AP3M模拟结果高度一致。