[论文解读] Galaxy Clustering and Large-Scale Structure from z = 0.2 to z = 0.5 in Two Norris Redshift Surveys

Todd A. Small, Chung‐Pei Ma+2 more|ArXiv.org|Jan 14, 1999

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 59被引用 16

一句话总结

本研究利用帕洛玛 200 英寸望远镜上的诺里斯光谱仪获取的两份独立红移巡天，分析了红移 z = 0.2 至 z = 0.5 范围内的星系聚类与大尺度结构，覆盖约 20 平方度的天区。研究发现，在此红移范围内，共动相关长度（3.70 ± 0.13 h⁻¹ Mpc）无演化迹象，幂律指数为 γ = 1.77 ± 0.05，且观测到更明亮和更宁静的星系表现出更强的聚类，同时成对速度弥散度比本地宇宙的值低约 25%。

ABSTRACT

(abridged) We present a study of the nature and evolution of large-scale structure based on two independent redshift surveys of faint field galaxies conducted with the 176-fiber Norris Spectrograph on the Palomar 200-inch telescope. The two surveys together sparsely cover ~20 sq. degrees and contain 835 r < 21 mag galaxies with redshifts 0.2 < z < 0.5. Both surveys have a median redshift of z = 0.30. In order to obtain a rough estimate of the cosmic variance, we analyze the two surveys independently. We measure the comoving correlation length to be 3.70 +/- 0.13 h^-1 Mpc at z = 0.30 with a power-law slope gamma = 1.77 +/- 0.05. Dividing the sample into low (0.2 < z < 0.3) and high (0.32 < z < 0.5) redshift intervals, we see no evidence for a change in the comoving correlation length over the redshift range 0.2 < z < 0.5. Similar to the well-established results in the local universe, we find that intrinsically bright galaxies are more strongly clustered than intrinsically faint galaxies and that galaxies with little ongoing star formation, as judged from the rest-frame equivalent width of the [OII]3727, are more strongly clustered than galaxies with significant ongoing star formation. The rest-frame pairwise velocity dispersion of the sample is 326^+67_-52 km s^-1, ~25% lower than typical values measured locally. The appearance of the galaxy distribution, particularly in the more densely sampled Abell 104 field, is quite striking. The pattern of sheets and voids which has been observed locally continues at least to z ~ 0.5. A friends-of-friends analysis of the galaxy distribution supports the visual impression that > 90% of all galaxies at z < 0.5 are part of larger structures with overdensities of > 5.

研究动机与目标

• 研究宇宙在中等红移（z = 0.2 至 z = 0.5）的大尺度结构演化。
• 测量两份独立红移巡天中暗弱场星系的共动两点空间相关函数及成对速度弥散度。
• 评估星系聚类强度、形态与运动学是否随宇宙时代表演化。
• 将观测到的大尺度结构模式与冷暗物质模型的 N 体模拟预测进行比较。
• 通过分析两份中值红移相近的独立巡天区域，评估宇宙方差的影响。

提出的方法

• 利用帕洛玛 200 英寸望远镜上的 176 纤维诺里斯光谱仪开展两份红移巡天，覆盖约 20 平方度。
• 测量了 835 个星系的红移（r ≤ 21 等，红移范围 0.2 < z < 0.5），中值红移 z_med ≈ 0.30。
• 采用幂律拟合计算两点空间相关函数 ξ(r)：ξ(r) = (r/r₀)⁻ᵞ，其中 r₀ 与 γ 为自由参数。
• 在假设稳定聚类假说（F = 1）的前提下，估算成对速度弥散度 σ₁₂(rₚ) 随投影距离 rₚ 的变化。
• 基于静止系 [O II] λ3727 等效宽度（W₀）对星系进行分类，以区分恒星形成与宁静系统。
• 应用朋友-朋友算法识别大尺度结构，将密度超过 5 倍的区域定义为显著结构。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 z = 0.2 至 z = 0.5 范围内，星系的共动相关长度是否发生演化？
• RQ2 在 z ≈ 0.3 时，星系的成对速度弥散度与本地宇宙的典型值相比如何？
• RQ3 在中等红移下，本征更明亮或更宁静（[O II] 等效宽度较低）的星系是否表现出更强的聚类？
• RQ4 如片状结构与空洞等大尺度结构在 z ≈ 0.3 时是否仍存在？有多少比例的星系位于高密度区域？
• RQ5 冷暗物质模型的 N 体模拟在多大程度上能再现观测到的星系分布与聚类特性？

主要发现

• 在 z_med = 0.30 时，共动相关长度为 r₀ = 3.70 ± 0.13 h⁻¹ Mpc，幂律指数 γ = 1.77 ± 0.05，表明从 z = 0.2 至 z = 0.5 无显著演化。
• 在 rₚ = 1.24 h⁻¹ Mpc 处，成对速度弥散度为 326⁺⁶⁷₋₅² km s⁻¹，比典型本地值低约 25%。
• W₀[O II] < 10 Å（宁静）星系的相关长度更高（4.16 ± 0.18 h⁻¹ Mpc），而 W₀[O II] > 10 Å（恒星形成）星系的相关长度为 3.38 ± 0.37 h⁻¹ Mpc。
• 本征更明亮星系（M_B,AB < M*，以 h = 1 定义）的相关长度为 4.09 ± 0.37 h⁻¹ Mpc，而较暗星系的相关长度为 r₀ = 3.50 ± 0.27 h⁻¹ Mpc。
• 朋友-朋友分析表明，至少 90% 的 z ≲ 0.5 星系属于密度超过 5 倍的结构，具体比例取决于算法参数。
• 观测到的大尺度结构（包括片状结构与空洞）在 z ≲ 0.5 仍存在，其视觉模式与冷暗物质模型的 N 体模拟结果一致。