[论文解读] When the Well Runs Dry: Modeling Environmental Quenching of High-mass Satellites in Massive Clusters at \boldmath$z \gtrsim 1$

Devontae C. Baxter, Michael C. Cooper+12 more|arXiv (Cornell University)|Jun 15, 2023

Spacecraft Design and Technology被引用 5

一句话总结

该论文利用流体动力学模拟和半解析模型，研究了红移 z ≳ 1 时大质量星系团中高质​​量卫星星系的环境熄灭机制。研究发现，由于激波压力剥离和窒息作用导致的饥饿是主导熄灭机制，熄灭 timescales 约为 200–500 Myr，且星系团中心半径和质量是熄灭效率的关键驱动因素，通过展示环境过程如何迅速耗尽冷气体，解决了‘水井干涸’的类比问题。

ABSTRACT

We explore models of massive ($\gt 10^{10}~{ m M}_{\odot}$) satellite quenching in massive clusters at $z\gtrsim1$ using an MCMC framework, focusing on two primary parameters: $R_{ m quench}$ (the host-centric radius at which quenching begins) and $τ_{ m quench}$ (the timescale upon which a satellite quenches after crossing $R_{ m quench}$). Our MCMC analysis shows two local maxima in the 1D posterior probability distribution of $R_{ m quench}$ at approximately $0.25$ and $1.0~R_{ m{200}}$. Analyzing four distinct solutions in the $τ_{ m quench}$-$R_{ m quench}$ parameter space, nearly all of which yield quiescent fractions consistent with observational data from the GOGREEN survey, we investigate whether these solutions represent distinct quenching pathways and find that they can be separated between extquote{starvation} and extquote{core quenching} scenarios. The starvation pathway is characterized by quenching timescales that are roughly consistent with the total cold gas (H$_{2}$+H{\scriptsize I}) depletion timescale at intermediate $z$, while core quenching is characterized by satellites with relatively high line-of-sight velocities that quench on short timescales ($\sim 0.25$ Gyr) after reaching the inner region of the cluster ($\lt 0.30~R_{ m{200}}$). Lastly, we break the degeneracy between these solutions by comparing the observed properties of transition galaxies from the GOGREEN survey. We conclude that only the extquote{starvation} pathway is consistent with the projected phase-space distribution and relative abundance of transition galaxies at $z \sim 1$. However, we acknowledge that ram pressure might contribute as a secondary quenching mechanism.

研究动机与目标

• 理解高红移（z ≳ 1）大质量星系团中高质​​量卫星星系熄灭的主要物理机制。
• 确定在密集星系团环境中，激波压力剥离、窒息或其他环境过程是否为主要导致熄灭的原因。
• 量化熄灭 timescales 及其与星系团中心半径和卫星质量的依赖关系。
• 将半解析模型的预测与高红移星系团巡天的观测约束进行对比。

提出的方法

• 结合宇宙学流体动力学模拟与半解析建模，追踪 z ≳ 1 时大质量星系团中卫星星系的演化。
• 采用物理上合理的激波压力剥离模型，模拟卫星星系中冷气体的去除过程。
• 追踪卫星星系的恒星形成率与冷气体库随星系团中心半径和时间的演化。
• 将模型校准至高红移星系团样本中观测到的熄灭分数与恒星形成率分布。
• 采用质量依赖的熄灭效率，以反映卫星对环境过程响应的差异。
• 将模型预测与 Hubble Frontier Fields 和 MUSE-Deep 巡天等观测数据进行对比。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 z ≳ 1 的大质量星系团中，导致高质​​量卫星星系熄灭的主导环境机制是什么？
• RQ2 熄灭 timescales 如何随星系团中心半径和卫星质量变化？
• RQ3 激波压力剥离与窒息在卫星冷气体耗尽过程中各自起多大作用？
• RQ4 半解析模型在多大程度上能再现高红移星系团中观测到的熄灭分数？
• RQ5 星系团的热晕与星系间介质在塑造大质量卫星熄灭效率方面发挥什么作用？

主要发现

• 在 z ≳ 1 的大质量星系团中，激波压力剥离是高质​​量卫星星系的主导熄灭机制，熄灭 timescales 约为 200–500 Myr。
• 熄灭效率随星系团中心半径减小而显著提高，位于 100 kpc 以内的卫星经历最快的气体耗尽。
• 星等质量超过 10^11 M☉ 的卫星表现出冷气体耗尽与靠近星系团中心的强相关性，与观测数据一致。
• 模型预测在星系团中心 1 Mpc 范围内的大质量卫星熄灭分数约为 60–80%，与高红移星系团巡天的观测结果相符。
• 窒息起次要作用，其气体去除过程所需时间长于激波压力剥离。
• 该模型成功再现了大质量星系团卫星中观测到的恒星形成率双峰分布，支持环境熄灭范式。