[论文解读] Orphan galaxies in semi-analytic models

Facundo M. Delfino, Claudia G. Scóccola+3 more|arXiv (Cornell University)|Feb 3, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 2被引用 5

一句话总结

该论文提出了一种计算高效的半解析模型，用于在宇宙学模拟中追踪孤儿星系，通过整合动力摩擦、潮汐质量损失以及邻近并合标准。当使用晕质量函数和两点相关函数约束对高分辨率模拟进行标定时，该模型在5%和10%的精度范围内重现了这两项指标。

ABSTRACT

We present an updated model for the evolution of the orbits of to be used in the SAG semi-analytical model of galaxy formation and evolution. In cosmological simulations, orphan galaxies are those satellite galaxies for which, due to limited mass resolution, halo finders lose track of their dark matter subhalos and can no longer be distinguished as self-bound overdensities within the larger host system. Since the evolution of orphans depends strongly on the orbit they describe within their host halo, a proper treatment of their evolution is crucial in predicting the distribution of subhalos and satellite galaxies. The model proposed takes into account the dynamical friction drag, mass loss by tidal stripping and a proximity merger criterion, also it is simple enough to be inexpensive from a computational point of view. To calibrate this model, we apply it onto a dark matter only simulation and compare the results with a high resolution simulation, considering the halo mass function and the two-point correlation function as constraints. We show that while the halo mass function fails to put tight constraints on the dynamical friction, the addition of clustering information helps to better define the parameters of the model related to the spatial distribution of subhalos. Using the model with the best fit parameters allows us to reproduce the halo mass function to a precision better than 5 per cent, and the two point correlation function at a precision better than 10 per cent.

研究动机与目标

• 改进半解析星系形成模型中对孤儿星系——即在低分辨率模拟中其暗物质子晕已丢失的卫星星系——的处理方式。
• 解决孤儿星系演化严重依赖轨道动力学的问题，而当子晕不再被解析时，其轨道动力学往往难以准确追踪。
• 开发一种具有物理解释但计算成本低廉的模型，以捕捉关键的动力学过程：动力摩擦、潮汐剥离和并合事件。
• 利用晕质量函数和两点相关函数等可观测量对标定模型，以约束其自由参数。

提出的方法

• 该模型采用半解析方法追踪孤儿星系的轨道演化，其中包含基于宿主晕密度分布的动力摩擦力。
• 潮汐剥离引起的质量损失被建模为轨道半径和时间的函数，随时间逐步减少子晕质量。
• 实施了邻近并合标准，以根据两子晕之间的距离和相对速度判断其是否发生并合。
• 该模型在仅含暗物质的模拟上进行测试，并利用晕质量函数和两点相关函数作为约束，与高分辨率模拟进行标定。
• 通过参数拟合优化模型重现观测到的聚类和质量函数统计特性的能力。

实验结果

研究问题

• RQ1 在建模孤儿星系轨道时，半解析模型在多大程度上能精确重现晕质量函数和两点相关函数？
• RQ2 晕质量函数和聚类统计特性在多大程度上联合约束了孤儿星系模型的参数？
• RQ3 一个仅包含动力摩擦、潮汐剥离和邻近并合的简化模型，能否以极低计算成本重现高分辨率模拟的结果？
• RQ4 轨道信息在多大程度上能提升低分辨率模拟中子晕空间分布预测的保真度？

主要发现

• 使用最佳拟合参数时，该模型对晕质量函数的重现精度优于5%。
• 使用相同标定参数，两点相关函数的重现精度优于10%。
• 尽管仅靠晕质量函数对动力摩擦参数的约束较弱，但加入聚类信息后显著改善了参数标定效果。
• 包含轨道动力学、潮汐剥离和并合标准的模型，即使在低分辨率模拟中子晕标识已丢失的情况下，也能实现对子晕空间分布的精确追踪。