[论文解读] Quenching of satellite galaxies of Milky Way analogues: reconciling theory and observations

Andreea S. Font, Ian G. McCarthy+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 13, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 57被引用 39

一句话总结

本研究通过表明选择效应（尤其是表面亮度和星等极限）使SAGA巡天倾向于探测最近并合的、正在形成恒星的卫星，从而解决了宇宙学模拟与观测之间的明显矛盾。当这些观测偏差被应用于ARTEMIS模拟时，预测的熄灭分数与观测到的SAGA数据一致，从而在ΛCDM框架下调和了银河系类星系的理论与观测。

ABSTRACT

The vast majority of low-mass satellite galaxies around the Milky Way and M31 appear virtually devoid of cool gas and show no signs of recent or ongoing star formation. Cosmological simulations demonstrate that such quenching is expected and is due to the harsh environmental conditions that satellites face when joining the Local Group (LG). However, recent observations of Milky Way analogues in the SAGA survey present a very different picture, showing the majority of observed satellites to be actively forming stars, calling into question the realism of current simulations and the typicality of the LG. Here we use the ARTEMIS suite of high-resolution cosmological hydrodynamical simulations to carry out a careful comparison with observations of dwarf satellites in the LG, SAGA, and the Local Volume (LV) survey. We show that differences between SAGA and the LG and LV surveys, as well as between SAGA and the ARTEMIS simulations, can be strongly reduced by considering differences in the host mass distributions and (more importantly) observational selection effects, specifically that low-mass satellites which have only recently been accreted are more likely to be star-forming, have a higher optical surface brightness, and are therefore more likely to be included in the SAGA survey. This picture is confirmed using data from the deeper LV survey, which shows pronounced quenching at low masses, in accordance with the predictions of LCDM-based simulations.

研究动机与目标

• 调和宇宙学模拟预测的银河系类星系矮星系熄灭率较高与SAGA巡天观测到的低熄灭率之间的差异。
• 研究观测选择效应（尤其是表面亮度和星等极限）是否使SAGA巡天偏向于探测最近并合的、正在形成恒星的卫星。
• 评估模拟与观测之间宿主质量分布差异对熄灭分数表观张力的影响。
• 利用高分辨率ARTEMIS模拟测试：在应用真实选择标准后，熄灭预测是否与观测一致。
• 利用更深层的本地体积（LV）巡天数据验证预测，该数据在低质量下显示出显著的熄灭，与模拟结果一致。

提出的方法

• 利用ARTEMIS高分辨率宇宙学流体动力学模拟套件，模拟银河系质量宿主周围的卫星星系。
• 将SAGA巡天的观测选择标准（星等和表面亮度极限）应用于模拟的卫星星系群体。
• 使用H𝛼等效宽度和g−i颜色作为恒星形成指标，比较模拟中的熄灭分数与SAGA和本地体积（LV）巡天的观测熄灭分数。
• 通过重新加权模拟以匹配观测到的宿主质量函数，考虑观测样本与模拟样本之间宿主质量分布的差异。
• 分析表面亮度、并合时间和熄灭状态之间的关系，以识别观测选择效应的物理驱动因素。
• 将更深层的LV巡天作为基准，验证模拟预测，并评估表面亮度极限对熄灭测量的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何SAGA巡天观测显示银河系类星系的矮星系熄灭分数显著低于本地星系群？
• RQ2 观测选择效应（尤其是表面亮度和星等极限）在多大程度上使SAGA等巡天偏向于探测卫星星系？
• RQ3 模拟与观测之间宿主质量分布的差异如何影响熄灭分数的比较？
• RQ4 当应用真实观测选择效应时，ARTEMIS模拟能否再现观测到的熄灭分数？
• RQ5 观测到的高表面亮度与近期并合在正在形成恒星的卫星中相关联的物理根源是什么？

主要发现

• 在ARTEMIS模拟中应用SAGA的表面亮度和星等选择标准后，低质量卫星（M∗ < 10⁸ M⊙）的预测熄灭分数与观测值合理一致，解决了先前的张力。
• 模拟预测在银河系质量宿主周围，超过60%的矮星系（M∗ < 10⁸ M⊙）处于熄灭状态，与本地星系群的观测一致。
• 在MV ≈ −12至−14星等范围内的正在形成恒星的卫星具有更高的表面亮度（μr,𝑒 > ∼25 mag arcsec⁻²），使其在浅层巡天（如SAGA）中更易被探测到。
• 在模拟中应用约25 mag arcsec⁻²的表面亮度极限，使低质量下推导的熄灭分数减少近一半，因为熄灭的卫星被优先排除。
• 宿主质量分布显著影响熄灭分数：在固定矮星系恒星质量下，宿主质量越高，熄灭卫星的比例也越高。
• 在MV ≈ −12至−14范围具有高表面亮度的卫星是近期并合的，而低表面亮度的卫星则更早并合，表明熄灭（可能通过激波剥离）驱动了表面亮度的演化。