[论文解读] Satellite Dwarf Galaxies in a Hierarchical Universe: Infall Histories, Group Preprocessing, and Reionization

Andrew Wetzel, Alis J. Deason+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 8, 2015

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 6

一句话总结

本研究利用高分辨率宇宙学模拟（ELVIS）表明，大多数银河系和仙女座星系的卫星矮星系在约5–8 Gyr前落入银河系/仙女座星系晕之前，曾先在质量较小的星系群中经历预处理（Mvir ~10^10–12 M☉）。主要发现包括：低质量卫星（50%的Mstar < 10^6 M☉）普遍存在群组预处理；再电离效应与宿主晕环境在时间上基本分离（相隔2–4 Gyr），因此可独立影响；孤立与成对的银河系/仙女座星系晕在吸积时间上差异极小，但再电离环境显著不同。

ABSTRACT

In the Local Group (LG), almost all satellite dwarf galaxies that are within the virial radius of the Milky Way (MW) and Andromeda (M31) exhibit strong environmental influence. The orbital histories of these satellites provide the key to understanding the role of the MW/M31 halo, lower-mass groups, and cosmic reionization on the evolution of dwarf galaxies. We examine the virial-infall histories of satellites with M_star = 10^{3-9} M_sun using the ELVIS suite of cosmological zoom-in dissipationless simulations of 48 MW/M31-like halos. Satellites at z = 0 fell into the MW/M31 halos typically 5 - 8 Gyr ago at z = 0.5 - 1. However, they first fell into any host halo typically 7 - 10 Gyr ago at z = 0.7 - 1.5. This difference arises because many satellites experienced "group preprocessing" in another host halo, typically of M_vir ~ 10^{10-12} M_sun, before falling into the MW/M31 halos. Satellites with lower mass and/or those closer to the MW/M31 fell in earlier and are more likely to have experienced group preprocessing; half of all satellites with M_star &lt; 10^6 M_sun were preprocessed in a group. Infalling groups also drive most satellite-satellite mergers within the MW/M31 halos. Finally, none of the surviving satellites at z = 0 were within the virial radius of their MW/M31 halo during reionization (z &gt; 6), and only &lt; 4% were satellites of any other host halo during reionization. Thus, effects of cosmic reionization versus host-halo environment on the formation histories of surviving dwarf galaxies in the LG occurred at distinct epochs, separated typically by 2 - 4 Gyr, so they are separable theoretically and, in principle, observationally.

研究动机与目标

• 理解本地方系中卫星矮星系的环境历史，特别是群组预处理与宿主晕效应的作用。
• 确定附近存在大质量晕（如M31）是否与孤立的银河系/仙女座星系类似系统相比，改变了卫星矮星系的吸积与预处理历史。
• 将宇宙再电离效应与晚期宿主晕环境对幸存矮星系形成与演化的影响分离开来。
• 量化群组预处理的时间与普遍性，及其对卫星形态、气体含量和恒星形成抑制的影响。

提出的方法

• 采用ELVIS宇宙学聚焦非耗散模拟套件，对48个银河系/仙女座星系类晕进行高质料与空间分辨率模拟。
• 从高红移（z > 6）追踪卫星矮星系（Mstar = 10^3–10^9 M☉）的完整轨道与宿主晕历史，识别所有宿主转换事件。
• 将“virial吸积”定义为卫星首次进入当前宿主晕virial半径的时间；将“群组预处理”定义为在Mvir ~10^10–12 M☉的晕中曾作为卫星的状态。
• 将成对（银河系/仙女座星系类）晕中的卫星群体与质量匹配的孤立银河系/仙女座星系类晕进行比较，以隔离大尺度环境的影响。
• 将银河系/仙女座星系晕中粒子的拉格朗日体积追溯至z > 6，以评估再电离时期邻近晕的接近程度。
• 使用中位数与累积分数统计具有特定吸积与预处理历史的卫星比例，误差棒基于晕间离散性计算。

实验结果

研究问题

• RQ1 卫星矮星系落入银河系/仙女座星系晕的典型时间是什么？与它们首次落入任意宿主晕的时间相比如何？
• RQ2 卫星矮星系经历群组预处理的普遍性如何？其与卫星质量及与银河系/仙女座星系距离的关系如何？
• RQ3 宇宙再电离与晚期宿主晕环境对矮星系的影响在时间上重叠程度如何？
• RQ4 存在附近大质量晕（如M31）是否会影响卫星矮星系的预处理与吸积历史，相比孤立的银河系/仙女座星系系统？
• RQ5 在再电离时期（z > 6），卫星前体的环境背景是什么？成对与孤立的银河系/仙女座星系晕之间有何差异？

主要发现

• 在z=0时，卫星落入银河系/仙女座星系晕的时间为5–8 Gyr前（z ≈ 0.5–1），但首次落入任意宿主晕的时间为7–10 Gyr前（z ≈ 0.7–1.5），表明群组预处理极为普遍。
• 所有Mstar < 10^6 M☉的卫星中，有50%经历了群组预处理，且质量越小、越靠近银河系/仙女座星系的卫星越可能经历此过程。
• 吸积中的星系群是导致银河系/仙女座星系晕内卫星-卫星并合事件的主要原因。
• 在再电离时期（z > 6），所有z=0时幸存的卫星均未处于任何宿主晕的virial半径内，且少于4%在该时期曾是其他宿主的卫星。
• 再电离效应与宿主晕环境对矮星系的影响发生在不同时间，通常相隔2–4 Gyr，因此在理论与观测上均可分离。
• 孤立的银河系/仙女座星系晕与成对晕的吸积时间相似，但其卫星前体在z > 6时平均距离邻近晕约2倍近，这是由于成对情况下拉格朗日体积更大，稀释了邻近晕的密度。