鱼粥讨论：Galaxy-Halo Connection Models

2024年10月12日 18:00-20:00

新物理楼 E102A

马庆麟（主讲）、赵思逸、韦乐瑶、唐昀毅、桂雨谦、许朔、刘观福、张亦松、杨晓睿、吴昀荆

Halo Occupation Models

Halo Occupation Distribution (HOD) models

  • 模型从 hydro-simulation 中得到，参数由 observation Two-Point-Correlation Function(2PCF) 拟合确定。

  • central galaxy 和 satellite galaxy 分开考虑

    • central galaxies:
      • 一个小质量截断，用 error function 平滑。
      • error function: erf() 来自 halo mass - stellar mass 关系 的 scatter
    • satellites: 服从 Poisson 分布，均值满足 power-law 关系，NFW 放 satellites 的位置。
      • 从密度场里长galaxy是Poisson过程。——Peebles
      • 有文章研究可能不是Poisson过程，但是这个模型是最简单的。
      • 现在开始考虑高阶项，表示galaxy在生成时的相关性。

  • 可以用于 FoF halo, FoF 不给出subhalo, 但会有问题，比如两个 halo 通过一个桥连接。

Decorated HOD (dHOD) Models

  • secondary property：同样质量，更老的halo会消耗satellite. ~ 10% 影响
  • bias: 大尺度尺度无关。-- linear bias
  • linear bias 随 halo mass 增加而增加
  • 加减一些数目，central和satellite各多一个参数。 Wang+2020显示这两个参数不是0.

Other Extension

  • stellar mass - color 不同组合下的 subsample 各自做HOD，研究 Galaxy-Halo Connection 和星系性质的关系。

Sub-Halo Abundance Matching (SHAM)

  • 用于有 sub-halo 的 dark matter only simulation

    • sub-halo 用 infall 时刻的 mass

  • 数 simulation 特定 halo mass 以上的 halo 个数，和观测推测到的（修补了选择效应的）SMF 匹配。

  • other approach:

    • 由于SHAM的假设是对于 central galaxy 而言，质量越大的星系居住在质量越大的halo里面，对于 satellite而言，其 infall 时刻的 subhalo 已经受到了 Host halo 的影响，因此不是一个好的 stellar mass proxy，文献发现用 Vmax (最大绕转速度，表征 halo 内部的引力/mass，默认取红移0的值) 取代 infall mass 会跟好，因为 Vmax 在更内部，受到 infall 时吸积的影响较小。但 Raddick et.al 2013 发现 Vpeak （halo 历史上最大的 Vmax） 是一个最好的 pricy，由于用其得到的两点关联函数和观测对比的最好。

  • 除了stellar mass，还可以set galaxy 的 secondary propeties:

    • halo mass formation time -> galaxy color

  • comments:

    • 没有参数
    • 但受 “选择什么 property 来 match” 的影响很大
    • 其预测的两点关联函数和观测不是完美的匹配，会受到simulation resolution 的影响

Empirical Forward Modeling

  • 以 Universe Machine (UM) 为例: 不直接放 stellar mass，而是放 SFR，再另外考虑 merger ，具体如下：

  • UM的工作原理：根据 Vpeak, z, d(Vmax) (描述 halo mass accretion )，可以得到一个 SFR 的分布，来描述 in-situ 的恒星增长。通过 halo merge tree 来描述 ex-situ 的恒星增长，因此拥有 SFR 的历史，对 SFR 积分得到不同红移的 stellar mass ，两点关联函数等等，和观测比较，然后限制参数（大概二三十个）

  • P_SFR(V_max, delta V_max, redshift) --强假设：假设 SFR 是 halo 质量、质量增长率、红移 这三个参数的函数。

  • 感兴趣的话可以参考 UM paper

  • comments:

    • 有很强的假设
    • 预测量多，但耗时

总的comments

  • SHAM的物理简单，虽然预测量少，但是在能预测的部分还挺 powerful，所以即使有 UM ，大家还是会做SHAM。
  • HOD 只知道星系分布，不知道 stellar mass. SHAM 和 UM 都知道 stellar mass。