[论文解读] The MillenniumTNG Project: Refining the one-halo model of red and blue galaxies at different redshifts

Boryana Hadzhiyska, Lars Hernquist+12 more|arXiv (Cornell University)|Oct 18, 2022

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 6

一句话总结

本论文利用高保真流体动力学模拟 MillenniumTNG 对红 (LRG) 和蓝 (ELG) 星系的一 halo 模型进行了优化，引入了两项关键改进：引入条件概率参数的非泊松卫星占有模型，以及考虑星系一致性效应的各向异性卫星聚类。这些调整显著提升了 z=0 和 z=1 时小尺度聚类预测的准确性，从而增强了未来巡天的宇宙学分析精度。

ABSTRACT

Luminous red galaxies (LRGs) and blue star-forming emission-line galaxies (ELGs) are key tracers of large-scale structure used by cosmological surveys. Theoretical predictions for such data are often done via simplistic models for the galaxy-halo connection. In this work, we use the large, high-fidelity hydrodynamical simulation of the MillenniumTNG project (MTNG) to inform a new phenomenological approach for obtaining an accurate and flexible galaxy-halo model on small scales. Our aim is to study LRGs and ELGs at two distinct epochs, $z = 1$ and $z = 0$, and recover their clustering down to very small scales, $r \sim 0.1 \ { m Mpc}/h$, i.e. the one-halo regime, while a companion paper extends this to a two-halo model for larger distances. The occupation statistics of ELGs in MTNG inform us that: (1) the satellite occupations exhibit a slightly super-Poisson distribution, contrary to commonly made assumptions, and (2) that haloes containing at least one ELG satellite are twice as likely to host a central ELG. We propose simple recipes for modeling these effects, each of which calls for the addition of a single free parameter to simpler halo occupation models. To construct a reliable satellite population model, we explore the LRG and ELG satellite radial and velocity distributions and compare them with those of subhalos and particles in the simulation. We find that ELGs are anisotropically distributed within halos, which together with our occupation results provides strong evidence for cooperative galaxy formation (manifesting itself as one-halo galaxy conformity); i.e.~galaxies with similar properties form in close proximity to each other. Our refined galaxy-halo model represents a useful improvement of commonly used analysis tools and thus can be of help to increase the constraining power of large-scale structure surveys.

研究动机与目标

• 提升 z=0 和 z=1 时明亮红星系 (LRG) 与发射线星系 (ELG) 在一 halo 尺度上星系聚类建模的准确性。
• 通过整合大规模流体动力学模拟中获得的真实卫星占有统计与空间分布，解决标准晕占有分布 (HOD) 模型的局限性。
• 研究星系一致性与各向异性卫星分布对一 halo 聚类的影响。
• 开发一种灵活的、现象学的星系-晕模型，以增强宇宙学巡天的预测能力。
• 减少因对卫星分布与占有统计假设过于简化而引发的星系聚类测量系统性偏差。

提出的方法

• 利用包含完整重子物理与高动态范围的 MillenniumTNG (MTNG) 宇宙学流体动力学模拟，对 z=0 和 z=1 时的星系-晕关联进行建模。
• 采用改进的晕占有分布 (HOD) 模型，引入一个自由参数以调控中心星系占有的条件概率，从而提升与模拟数据的一致性。
• 通过匹配模拟中子晕与粒子的径向与速度分布，对卫星分布进行建模，揭示其各向异性聚类特征。
• 提出一种非球对称、基于关联的卫星模型，赋予卫星更大概率与其它卫星相邻而非位于晕中心，从而改善一 halo 项的预测。
• 通过对比不同红移与星系类型下模拟数据与模拟星系聚类的表现，验证模型性能。
• 通过分析卫星分布与速度分布，考虑 FoF 漏斗效应，识别标准晕探测器中固有的系统性偏差。

实验结果

研究问题

• RQ1 MTNG 模拟中 ELG 的卫星占有统计与标准泊松假设相比有何偏离？其对一 halo 聚类有何影响？
• RQ2 ELG 卫星在晕内有多大的各向异性分布？这如何影响一 halo 聚类预测？
• RQ3 模拟为 ELG 星系群体中存在协同星系形成或一 halo 星系一致性提供了哪些证据？
• RQ4 ELG 与 LRG 卫星的径向与速度分布与子晕及粒子的分布相比有何异同？这些差异对星系-晕建模有何启示？
• RQ5 是否可通过引入条件中心占有与卫星关联的简单现象学模型，在不增加复杂度的前提下提升一 halo 聚类预测精度？

主要发现

• ELG 卫星占有呈现轻微超泊松分布，表明拥有一个卫星的晕更可能拥有额外卫星，这与泊松统计预测不符。
• 包含至少一个 ELG 卫星的晕中，拥有中心 ELG 的概率翻倍，该现象可通过引入一个自由参数来最优描述条件中心占有概率。
• ELG 卫星在晕内呈各向异性分布，常以成对或关联形式存在，这否定了传统一 halo 聚类模型中球对称性的假设。
• 一种赋予卫星-卫星关联非零概率的模型显著改善了一 halo 聚类项的预测，降低了与模拟数据的偏差。
• 星系的径向速度分布偏向内流方向，但该效应在当前精度水平下未在红移空间四极矩中产生可探测的特征。
• 仅靠子晕或粒子目录本身无法再现真实的星系分布；只有在结合基于物理的修正方案后，才能实现准确的一 halo 聚类预测。