[论文解读] Halo and Galaxy Formation Histories from the Millennium Simulation: Public release of a VO-oriented and SQL-queryable database for studying the evolution of galaxies in the LambdaCDM cosmogony

Gerard Lemson, Consortium, the Virgo|arXiv (Cornell University)|Aug 1, 2006

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 8被引用 70

一句话总结

本文提出了一种公开可访问、符合VO标准且支持SQL查询的关系型数据库，该数据库基于Millennium模拟构建，使研究人员能够探索ΛCDM宇宙学模型中暗物质晕和星系的形成与演化过程。该数据库提供了来自两种不同星系形成模型的详细并合树和星系属性，支持大规模统计研究的可扩展远程查询。

ABSTRACT

The Millennium Run is the largest simulation of the formation of structure within the $Λ$CDM cosmogony so far carried out. It uses $10^{10}$ particles to follow the dark matter distribution in a cubic region 500$h^{-1}$Mpc on a side, and has a spatial resolution of 5 $h^{-1}$kpc. Application of simplified modelling techniques to the stored output of this calculation allows the formation and evolution of the $\sim 10^7$ galaxies more luminous than the Small Magellanic Cloud to be simulated for a variety of assumptions about the detailed physics involved. As part of the activities of the German Astrophysical Virtual Observatory we have used a relational database to store the detailed assembly histories both of all the haloes and subhaloes resolved by the simulation, and of all the galaxies that form within these structures for two independent models of the galaxy formation physics. We have created web applications that allow users to query these databases remotely using the standard Structured Query Language (SQL). This allows easy access to all properties of the galaxies and halos, as well as to the spatial and temporal relations between them and their environment. Information is output in table format compatible with standard Virtual Observatory tools and protocols. With this announcement we are making these structures fully accessible to all users. Interested scientists can learn SQL, gain familiarity with the database design and test queries on a small, openly accessible version of the Millennium Run (with volume 1/512 that of the full simulation). They can then request accounts to run similar queries on the databases for the full simulations.

研究动机与目标

• 为大规模宇宙结构形成模拟——Millennium Run——提供的海量模拟数据提供广泛的科学访问途径。
• 通过实现支持标准SQL接口的关联数据库，克服数据可及性的局限，支持远程查询。
• 通过高效提取星系和星系晕属性、并合历史及环境依赖关系，支持多样化的科学研究。
• 通过两阶段访问模式促进社区使用：首先提供一个小型、公开可查询的“milli-Millennium”版本用于学习，随后通过申请获得完整访问权限。

提出的方法

• 模拟使用10^10个暗物质粒子，对500 h⁻¹ Mpc的体积从z=127到z=0进行模拟，输出存储在63个红移快照时刻。
• Subfind算法识别自束缚的星系晕和子晕，要求粒子数不少于20个，作为构建并合树的基础。
• 星系形成通过后处理方式建模，采用两种不同的物理模型：一种来自De Lucia & Blaizot (2006)，另一种来自Bower et al. (2006)，分别采用不同的反馈和恒星形成方案。
• 设计关联数据库模式以存储星系晕/子晕的并合树及星系属性，包含质量、红移、位置、速度及形成历史等属性。
• 数据库通过标准SQL接口远程托管，支持通过兼容虚拟天文台（VO）标准的基于Web的接口进行互联网查询。
• 提供一个轻量级的“milli-Millennium”版本（完整体积的1/512），用于公开测试，通过速率限制和输出大小上限防止滥用。

实验结果

研究问题

• RQ1 在ΛCDM模型中，星系晕和星系属性在宇宙时空中如何分布，它们与环境的关系如何？
• RQ2 不同的星系形成模型（如反馈方案、初始质量函数假设）如何影响预测的星系光度函数和聚类特性？
• RQ3 大质量星系晕及其中心星系的并合历史是怎样的，它们从z=3到z=0如何演化？
• RQ4 在z=0时，有多少比例的高质星系是通过主要并合形成的？其高红移前身星系具有何种属性？
• RQ5 主导明亮星系的星系晕的组装历史与低质量或低密度区域的星系晕相比有何不同？

主要发现

• 该数据库支持使用标准SQL语法对星系和星系晕属性（包括形成红移、并合历史及时空关系）进行高效远程查询。
• milli-Millennium版本允许用户在无需完整访问权限的情况下测试查询并学习SQL，结果以VO兼容的表格格式返回。
• 完整数据库支持对广泛光度、质量及红移范围内的星系群体进行查询，包括识别大质量系统的前身与后代星系。
• 该系统支持从大样本星系和星系晕中提取光度函数、星系团光度函数及并合统计信息。
• 数据库设计支持未来扩展，可纳入更多星系形成模型和数据产品，以适应新数据的发布。
• 自初始发布以来的13个月内，该发布已促成24篇额外预印本论文的发表，证明了其广泛的科学影响力。