[论文解读] KiDS+VIKING+GAMA: Halo occupation distributions and correlations of satellite numbers with a new halo model of the galaxy-matter bispectrum for galaxy-galaxy-galaxy lensing

Laila Linke, P. Šimon+4 more|arXiv (Cornell University)|Apr 5, 2022

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 92被引用 11

一句话总结

本文提出了一种用于星系-星系-星系强引力透镜（G3L）的新型晕模型，该模型约束了星系晕中不同星系群体的星系占有分布（HOD）及卫星星系数之间的相关性。利用KiDS+VIKING+GAMA数据中的G3L信号，研究发现质量大于10^13 M⊙的星系晕中，红序与蓝序卫星星系数之间存在显著的、质量依赖的相关性（>3σ），挑战了传统假设中不同星系群体卫星星系数相互独立的默认设定，并为宇宙学与模拟星系星表应用中的HOD推断提供了更精确的手段。

ABSTRACT

Halo models and halo occupation distributions (HODs) are important tools to model the galaxy and matter distribution. We present and assess a new method for constraining the parameters of HODs using the gravitational lensing shear around galaxy pairs, galaxy-galaxy-galaxy-lensing (G3L). In contrast to galaxy-galaxy-lensing, G3L is sensitive to correlations between the per-halo numbers of galaxies from different populations. We use G3L to probe these correlations and test the default hypothesis that they are negligible. We derive a halo model for G3L and validate it with realistic mock data from the Millennium Simulation and a semi-analytic galaxy model. Then, we analyse public data from the Kilo-Degree Survey (KiDS), the VISTA Infrared Kilo-Degree Galaxy Survey (VIKING) and data from the Galaxy And Mass Assembly Survey (GAMA) to infer the HODs of galaxies at $z<0.5$ in five different stellar mass bins between $10^{8.5}h^{-2} M_\odot$ and $10^{11.5}h^{-2} M_\odot$ and two colours (red and blue), as well as correlations between satellite numbers. The analysis recovers the true HODs in the simulated data within the $68\%$ credibility range. The inferred HODs vary significantly with colour and stellar mass. There is also strong evidence ($>3\sigma$) for correlations, increasing with halo mass, between the numbers of red and blue satellites and galaxies with stellar masses below $10^{10} \Msun. Possible causes of these correlations are the selection of similar galaxies in different samples, the survey flux limit, or physical mechanisms like a fixed ratio between the satellite numbers of distinct populations. The decorrelation for halos with smaller masses is probably an effect of shot noise by low-occupancy halos. The inferred HODs can be used to complement galaxy-galaxy-lensing or galaxy clustering HOD studies or as input to cosmological analyses and improved mock galaxy catalogues.

研究动机与目标

• 开发一种用于星系-物质三阶相关函数与G3L信号的晕模型，将不同星系样本中卫星星系数的交叉相关性纳入考量，超越标准的两点统计方法，以探测星系分布中的高阶相关性。
• 检验晕模型中默认假设的合理性，即不同星系群体（如红序与蓝序）的卫星星系数相互独立。
• 利用KiDS、VIKING和GAMA的真实数据，对五个恒星质量区间和两种颜色的星系，推断HOD参数及卫星星系数的交叉相关性。
• 通过半分析星系模型（Henriques et al. 2015）填充的Millennium模拟生成的模拟数据验证该模型，确保其对系统误差具有鲁棒性。
• 为未来引力透镜巡天提供一个框架，以包含非泊松分布的卫星星系数方差及相关联的星系群体。

提出的方法

• 构建星系-物质三阶相关函数与G3L信号的晕模型，整合不同星系样本中卫星星系数的交叉相关性。
• 采用Limber近似将三维三阶相关函数投影为二维角统计量，实现G3L信号的高效计算。
• 实施贝叶斯推断框架，利用真实数据中的G3L测量结果，约束HOD参数与卫星星系数的相关性。
• 在Henriques等人（2015）基于半分析星系模型填充的Millennium模拟数据上验证该模型，确认在68%可信区间内能准确恢复真实的HOD参数。
• 将该模型应用于KiDS、VIKING和GAMA的公开数据，以GAMA选中的透镜星系和KiDS+VIKING的背景源星系，测量五个恒星质量区间和两种颜色下的G3L信号。
• 通过对比包含与不包含半分析星系模型实际方差的预测结果，评估非泊松分布卫星星系数方差的影响，发现其在统计误差范围内可忽略。

实验结果

研究问题

• RQ1 在真实数据中，不同星系群体之间卫星星系数相互独立的默认假设是否成立？
• RQ2 G3L能否以优于标准星系-星系强引力透镜方法的方式，用于约束HOD参数与卫星星系数的交叉相关性？
• RQ3 在红移z < 0.5的星系晕中，HOD参数与卫星星系数的相关性如何随恒星质量和星系颜色变化？
• RQ4 非泊松分布的卫星星系数方差在多大程度上影响基于G3L的HOD推断？
• RQ5 该G3L晕模型能否用于提升宇宙学巡天中模拟星系星表的真实性？

主要发现

• 在模拟数据中，该G3L晕模型对所有星系样本的HOD参数恢复均位于68%可信区间内，验证了模型的稳健性。
• 模型的最佳拟合预测与真实观测的G3L信号在95%置信水平内一致，验证了其在真实数据上的预测能力。
• 红序星系倾向于位于质量大于等于10^12 M⊙的更高质量晕中，而蓝序星系则分布在质量大于等于10^11 M⊙的晕中，表明存在显著的颜色依赖性晕占有行为。
• 有强有力的证据（>3σ）表明，红序与蓝序卫星星系数之间存在正相关性，且该相关性随晕质量增加而增强，尤其在质量大于等于10^13 M⊙的晕中更为显著。
• 低质量晕中卫星星系数的去相关性更可能是由低占有数系统的散粒噪声引起，而非物理上的负相关。
• 推断出的HOD参数与相关性可用于改进模拟星系星表，通过扩展星系偏置建模可探测的尺度范围，从而提升宇宙学推断的精度。