[论文解读] SDSS-IV MaNGA: Cannibalism Caught in the Act -- on the Frequency of Occurrence of Multiple Cores in Brightest Cluster Galaxies

Yun-Hsin Hsu, Yen‐Ting Lin+17 more|arXiv (Cornell University)|Dec 20, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 116被引用 7

一句话总结

本研究利用SDSS-IV MaNGA巡天的积分场光谱数据，调查了红移z ≈ 0.1时最亮星系团星系（BCGs）中多重核心的频率，以探测通过星系吞噬（galactic cannibalism）实现的晚期恒星质量增长。研究发现，在18 kpc范围内，多重核心比例为11% ± 4%，与IllustrisTNG宇宙学模拟的预测一致，表明干合并（dry mergers）在过去45亿年中在BCG质量形成中起着关键作用。

ABSTRACT

Although it is generally accepted that massive galaxies form in a two-phased fashion, beginning with a rapid mass buildup through intense starburst activities, followed by primarily dry mergers that mainly deposit stellar mass at outskirts, the late time stellar mass growth of brightest cluster galaxies (BCGs), the most massive galaxies in the universe, is still not well understood. Several independent measurements have indicated a slower mass growth rate than predictions from theoretical models. We attempt to resolve the discrepancy by measuring the frequency of BCGs with multiple-cores, which serve as a proxy of the merger rates in the central region and facilitate a more direct comparison with theoretical predictions. Using 79 BCGs at $z=0.06-0.15$ with integral field spectroscopic (IFS) data from the Mapping Nearby Galaxies at APO (MaNGA) project, we obtain a multiple-core fraction of $0.11 \pm 0.04$ at $z\approx 0.1$ within a 18 kpc radius from the center, which is comparable to the value of $0.08 \pm 0.04$ derived from mock observations of 218 simulated BCGs from the cosmological hydrodynamical simulation IllustrisTNG. We find that most of cores that appear close to the BCGs from imaging data turn out to be physically associated systems. Anchoring on the similarity in the multiple-core frequency between the MaNGA and IllustrisTNG, we discuss the mass growth rate of BCGs over the past 4.5 Gyr.

研究动机与目标

• 通过测量多重核心的频率作为并合活动的代理指标，解决观测到的最亮星系团星系（BCGs）恒星质量增长速率与理论预测之间的差异。
• 通过将观测数据与宇宙学模拟直接对比，检验观测到的BCG质量增长缓慢是否与干合并理论模型一致。
• 通过结合MaNGA的光谱数据与IllustrisTNG模拟的模拟观测，确定成像中检测到的核心系统的物理关联性。
• 利用观测到的核心频率与模拟的并合速率，约束过去45亿年中BCG的晚期质量组装历史。

提出的方法

• 利用红移z = 0.06–0.15范围内79个BCGs的MaNGA巡天积分场光谱（IFS）数据，识别空间分辨的运动学与光度核心。
• 将多重核心系统定义为在核心区域具有≥0.05的流量比且速度偏移与物理关联一致的系统，结合人工目视检查与DAP处理得到的速度测量。
• 将MaNGA BCG中观测到的多重核心比例与IllustrisTNG宇宙学流体动力学模拟中218个模拟BCGs的模拟观测样本进行比较。
• 在每个BCG周围应用18 kpc的径向孔径，评估中心区域的核心频率，确保与模拟的空间和流量分辨率一致。
• 利用速度偏移与流量比标准，区分物理关联的核心与背景污染源，提高并合速率代理指标的可靠性。
• 将观测到的核心频率与模拟的并合速率标定，推断过去45亿年中BCG的恒星质量增长速率。

实验结果

研究问题

• RQ1 在z ≈ 0.1时，BCG中观测到的多重核心频率是多少？与宇宙学模拟的理论预测相比如何？
• RQ2 成像数据中检测到的多重核心系统是否与BCGs物理关联？还是主要为背景污染源？
• RQ3 MaNGA BCG中观测到的核心频率在多大程度上与IllustrisTNG模拟BCGs的模拟观测核心频率一致？
• RQ4 观测到的核心频率能否作为BCG中心区域并合速率的可靠代理，以约束其晚期质量组装？
• RQ5 基于观测与模拟的核心频率，过去45亿年中BCG的恒星质量增长速率是多少？

主要发现

• 在z ≈ 0.1时，MaNGA BCG在18 kpc范围内的观测多重核心比例为0.11 ± 0.04，表明约每9个BCG中就有1个拥有可探测的次级核心。
• 观测到的核心频率与IllustrisTNG模拟中通过模拟观测得到的核心频率（0.08 ± 0.04）一致，表明观测与模拟之间具有良好一致性。
• 成像中识别出的大多数核心均与BCGs物理关联，这一点通过光谱速度偏移与流量比得到证实，显著降低了背景源的污染。
• MaNGA与IllustrisTNG之间核心频率的相似性支持干合并是BCG晚期恒星质量增长主导机制的观点。
• 结果表明，当考虑由核心频率推断的并合速率时，观测到的BCG质量增长缓慢与理论模型一致。
• 基于观测与模拟核心频率推断的过去45亿年中BCG的质量增长速率与宇宙学模拟的预测一致，解决了长期存在的观测与模型之间的差异。