[论文解读] Tracking the evolution of satellite galaxies: mass stripping and dark-matter deficient galaxies

Antonio D. Montero-Dorta, Facundo Rodríguez+3 more|arXiv (Cornell University)|Dec 23, 2022

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 4

一句话总结

本研究利用IllustrisTNG流体动力学模拟追踪了在 z > 1 时被吸积的卫星星系的质量演化，表明潮汐剥离——尤其是近距离近心点通过时——导致显著的暗物质和恒星质量损失，进而在大质量星系团中形成暗物质贫乏的星系。结果证实，极端暗物质贫乏现象源于高红移吸积以及与宿主晕的极近距离遭遇。

ABSTRACT

Satellite galaxies undergo a variety of physical processes when they are accreted by groups and clusters, often resulting in the loss of baryonic and dark matter (DM) mass. In this work, we evaluate the predictions from the IllustrisTNG hydrodynamical simulation regarding the evolution of the matter content of satellites, focusing on a population that are accreted at $z>1$ and retain their identity as satellites down to $z=0$. At fixed host halo mass, the amount of DM and stellar mass stripped depends mostly on the pericentric distance, $d_{ m peri}$, here normalised by host halo virial radius. The closest encounters result in significant loss of DM, with subhaloes retaining between 20 and a few per cent of their $z=1$ mass. At fixed $d_{ m peri}$, DM mass stripping seems more severe in lower mass haloes. Conversely, the average satellite in higher mass haloes has its stellar mass growth halted earlier, having lost a higher fraction of stellar mass by $z=0$. We also show that mass stripping has a strong impact on the quenched fractions. The IllustrisTNG boxes are qualitatively consistent in these predictions, with quantitative differences mostly originating from the distinct subhalo mass ranges covered by the boxes. Finally, we have identified DM-deficient systems in all TNG boxes. These objects are preferentially found in massive clusters ($M_{ m host } \gtrsim 10^{13}$ M$_\odot$), had very close encounters with their central galaxies ($d_{ m peri}\simeq0.05\, R_{ m vir}$), and were accreted at high redshift ($z_{ m infall} \gtrsim 1.4$), reinforcing the notion that tidal stripping is responsible for their remarkable lack of DM.

研究动机与目标

• 在ΛCDM框架下理解在 z > 1 时被吸积的卫星星系的质量演化。
• 量化潮汐剥离在耗散卫星子晕中暗物质和恒星质量方面的作用。
• 研究在大质量宿主晕中形成暗物质贫乏星系的条件，特别是。
• 评估不同TNG模拟盒子（TNG300、TNG100、TNG50）在质量损失和熄灭方面结果的一致性。
• 将观测到的暗物质贫乏系统（如NGC1052–DF2）的特性与模拟中的潮汐剥离过程联系起来。

提出的方法

• 利用子晕目录，在三个IllustrisTNG模拟盒子（TNG300、TNG100、TNG50）中追踪从 z > 1 到 z = 0 的单个卫星星系。
• 通过将近日点距离（d_peri）归一化至宿主晕的virial半径（R_vir）来量化潮汐强度。
• 测量暗物质和恒星组分的质量剥离，作为 d_peri、宿主晕质量及红移的函数。
• 将暗物质贫乏系统定义为在 z = 0 时恒星质量超过暗物质质量（M*_star > M_DM）的系统。
• 使用Rodriguez & Merchán（2020）的集团搜寻算法识别子晕，并为保持盒子间一致性而估算晕质量。
• 在不同模拟盒子之间进行比较，以评估空间分辨率和质量范围依赖性。

实验结果

研究问题

• RQ1 潮汐剥离如何影响在 z > 1 时被吸积的卫星星系的暗物质和恒星质量演化？
• RQ2 哪些关键环境参数（如 d_peri、宿主晕质量、吸积红移）导致暗物质贫乏星系的形成？
• RQ3 在不同TNG模拟盒子中，质量损失和熄灭趋势如何随宿主晕质量和卫星恒星质量变化？
• RQ4 模拟中暗物质贫乏系统的特性在多大程度上与NGC1052–DF2和DF4等观测系统相匹配？
• RQ5 恒星与子晕大小比如何随时间演化，其对 d_peri 和宿主质量的依赖性由什么驱动？

主要发现

• 在固定宿主晕质量下，d_peri ≈ 0.05 R_vir 的子晕在 z = 1 时损失高达98%的暗物质质量，仅保留2–20%。
• 在固定 d_peri 条件下，较低质量的宿主晕中暗物质质量剥离更严重，表明在质量较小的系统中潮汐场更强。
• 在更高质量宿主晕中，恒星质量增长更早停止，由于环境效应更强，到 z = 0 时有更高比例的恒星质量损失。
• 由于质量剥离，卫星星系的熄灭比例显著增加，且在大质量星系团中熄灭效应更强。
• 暗物质贫乏系统主要出现在宿主晕质量 M_host ≳ 10^13 M_sun 的系统中，d_peri ≈ 0.05 R_vir，且吸积红移 z_infall ≳ 1.4。
• 在 z = 0 时，暗物质贫乏系统通常位于距离中心星系 ∼0.4 R_vir 处，空间分布具有较大弥散，证实潮汐剥离是其主要形成机制。