[论文解读] Evolution of the galaxy merger rate in model universes

A. Mateus|ArXiv.org|Feb 20, 2008

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 1被引用 5

一句话总结

本研究分析了在千年模拟中应用的半解析星系形成模型中星系并合率的演化，发现从 z=0 到 z=2，并合率随 (1+z)^0.6–0.8 增长，与观测结果一致，表明演化较弱且近乎平坦。Bower 等人的模型与观测得到的双星系分数和并合率相符，而 De Lucia & Blaizot 模型则预测并合率近乎恒定，凸显了尽管暗物质晕并合率相似，不同模型在并合率演化上仍存在显著差异。

ABSTRACT

We investigate the evolution of the galaxy merger rate predicted by two semi-analytical galaxy formation models implemented on the Millennium Simulation of dark matter structure growth. The fraction of merging galaxy pairs at each time-step of the simulation is derived from the galaxy catalogues obtained by the models and the results are compared with various observational estimates of merger fractions taken from the literature. We find a good match between the pair fractions derived from the simulation and the observed counting of galaxy pairs obtained by different sources in the redshift range 0 < z < 1.2. The predicted evolution of the number of galaxy mergers per Gyr grows with redshift as an exponential rate proportional to (1+z)^m, with m ranging from 0.6 to 0.8 for 0 < z < 2, depending on the luminosity and mass ratios of the merging galaxies. Our results are in agreement with recent observational results that argue for a flat evolution in the fraction of galaxy mergers since z ~ 1.2. The weak evolution predicted for the galaxy merger rate in an hierarchical model universe shows that the mass assembly evolution of galaxies through mergers does not follow the rapid evolution of the halo merger rate obtained in previous studies.

研究动机与目标

• 评估在层次化冷暗物质宇宙中，半解析星系形成模型所预测的星系并合率的红移演化。
• 在 0 < z < 2 的红移范围内，将模拟的星系并合率和双星系分数与观测估计进行比较。
• 探究为何在层次化模型中，星系并合率的演化速度远慢于暗物质晕并合率。
• 评估不同星系形成模型（Bower 等人与 De Lucia & Blaizot）在并合分数和并合率观测约束下的一致性。

提出的方法

• 利用两个半解析模型（Bower 等人 2006 年和 De Lucia & Blaizot 2007 年）在千年模拟中生成的星系星表和并合树。
• 基于空间接近度和质量比（如 4:1、6:1、10:1）在模拟中识别星系对，以估算并合率。
• 将每千年的并合数（Γ_mrg）作为红移的函数进行计算，并拟合为幂律形式：Γ_mrg ∝ (1+z)^m。
• 将模拟的双星系分数和并合率与使用近距离双星系计数和形态不对称性测量的观测估计进行比较。
• 应用质量比阈值以定义主要并合，并评估其对推导出的并合率演化的影响。
• 使用 SUBFIND 算法识别晕和亚晕，并构建并合树以追踪星系随时间的演化。

实验结果

研究问题

• RQ1 在基于千年模拟的半解析模型中，星系并合率如何随红移演化？
• RQ2 在 0 < z < 2 的红移范围内，预测的并合率和双星系分数在多大程度上与观测估计一致？
• RQ3 为何在层次化模型中，星系并合率的演化速度远慢于暗物质晕并合率？
• RQ4 不同星系形成模型（Bower 等人与 De Lucia & Blaizot）在并合率演化预测上存在哪些差异？
• RQ5 何种质量比阈值可使并合率演化与观测结果一致？

主要发现

• 在 Bower 等人模型中，并合率演化为 Γ_mrg ∝ (1+z)^0.767（当 M_B^lim = -19.5 时）和 (1+z)^0.596（当 M_B^lim = -20.0 时），在不同光度和质量比选择下，m 值范围为 0.6 至 0.8。
• Bower 等人模型在 0 < z < 1.2 的红移范围内，与 Patton 等人（1997）、Le Fèvre 等人（2000）和 Lin 等人（2004）的观测双星系分数高度一致。
• De Lucia & Blaizot（2007）模型预测的并合率近乎恒定（m ≈ 0），与观测结果及 Bower 等人模型不一致，表明并合率预测存在模型依赖性偏差。
• 并合率演化对质量比阈值敏感：10:1 时 m = 0.59，6:1 时 m = 0.63，4:1 时 m = 0.68，表明无论阈值如何，演化均呈微弱且近乎平坦的特征。
• 星系并合率的微弱演化（m ≈ 0.6–0.8）与晕并合率的快速演化（m ≈ 2–3）形成鲜明对比，证实星系并合并不直接反映晕并合率。
• 结果支持近期观测发现，自 z ≈ 1.2 以来，并合分数仅发生微弱演化，m ≈ 0.5–1，且验证了 Bower 等人模型更符合观测结果。