Clusters of galaxies provide unique laboratories to study astrophysical processes on large scales, and are also important probes for cosmology. X-ray observations are still the best way to find and characterise clusters. The extended ROSAT-ESO flux-limited X-ray (REFLEX II) galaxy clusters form currently the largest well-defined and tested X-ray galaxy cluster sample, providing a census of the large-scale structure of the Universe out to redshifts of z-0.4. I will describe the properties of the survey and the X-ray luminosity function, which led to our recent cosmological constraints on omegaM-sigma8. They tighten the previous constraints from other X-ray experiments, showing good agreements with those from the Planck clusters, but some tension exists with the Planck CMB constraints. The second part of my talk will concern the structure of the local Universe, and the study of the first X-ray superclusters. The density of the clusters reveals an under-dense region in the nearby Universe, which has an interesting implication for the cosmological parameters. Using the X-ray superclusters, that are constructed with a physically motivated procedure, I will show environmental aspects that X-ray superclusters provide, and compare to cosmological N-body simulations.
The Deep Lens Survey (DLS), a precursor to the Large Synoptic Survey Telescope (LSST), is a 20 deg2 survey carried out with NOAO's Blanco and Mayalltelescopes. DLS is unique in its depth reaching down to ~27th mags in BVRz bands. This enables a broad redshift baseline and is optimal for investigating cosmological evolution of the large scale structure. Galaxy-galaxylensing is a powerful tool to estimate averaged matter distribution around lensgalaxies by measuring shape distortions of background galaxies. The signal from galaxy-galaxy lensing is sensitive not only to galaxy halo properties, but also to cosmological environment at large scales. In this study, we measure galaxy-galaxy lensing and galaxy clustering, which together put strong constraints on the cosmological parameters. We obtain significant galaxy-galaxy lensing signals out to ~20 Mpc while tightly controlling systematics. The B-mode signals are consistent with zero. Our lens-source flip test indicates that minimal systematic errors are present in DLS photometric redshifts. Shear calibration is performed using high-fidelity galaxy image simulations. We demonstrate that the overall shape of the galaxy-galaxy lensing signal is well described by the halo model comprised of central and non-central halo contributions. Finally, we present our preliminary constraints on the matter density and the normalization parameters.
We introduce an advanced one-to-one galaxy correspondence method that populates dark matter halos with galaxies by tracing merging histories of most bound member particles (MBPs) identified in simulated virialized halos. To estimate the survival time of a satellite galaxy, we adopt several models of tidal-destruction time derived from an analytic calculation, isolated galaxy simulations, and cosmological simulations. We build mock galaxy samples for each model by using a merging tree information of MBPs from our new Horizon Run 4 N-body simulation from z = 12 to 0. For models of galaxy survival time derived from cosmological and isolated galaxy simulations, about 40% of satellites galaxies merged into a certain halo are survived until z = 0. We compare mock galaxy samples from our MBP-galaxy correspondence scheme and the subhalo-galaxy scheme with SDSS volume-limited galaxy samples around z = 0 with $M_r-5{\log}h$ < -21 and -20. Compared to the subhalo-galaxy correspondence method, our method predicts more satellite galaxies close to their host halo center and larger pairwise peculiar velocity of galaxies. As a result, our method reproduces the observed galaxy group mass function, the number of member galaxies, and the two-point correlation functions while the subhalo-galaxy correspondence method underestimates them.
We have performed cosmological hydrodynamic simulations that include the effects of radiative heating/cooling, star formation, feedback by supernova explosions, and metallicity evolution. Our simulations cover a cubic box of a side length 4 Mpc/h with 130 million particles. The mass of each particle is $3.4{\times}10^4M_{\odot}$, thus sub-galactic mini-halos can be resolved with more than hundred particles. Our simulation follows the whole formation process of the mini-halos (M< $10^7M_{\odot}$) around dwarf galaxies. We discuss various properties of the mini halos such as mass function, specific frequency, baryon-to-dark matter ratio, metallicity, spatial distribution, and orbit eccentricity distribution as functions of redshift and host galaxy mass. We also discuss how the formation and evolution of the mini halos are affected by the epoch of the reionization.
Fly-by interactions of galaxies are hidden drivers of galaxy evolution: The impulsive encounters are by far more frequent than and thus as important as direct mergers, yet hard to identify observationally. Here we present the key characteristics of fly-bys that are examined theoretically via cosmological N-body simulations. In particular, we use the simulations generated by a particle-mesh tree code, GOTPM, and investigate the statistics of galactic fly-by interactions, which are defined by the total energy of two halos of interest being positive and their minimum distances escaping mergers. We discuss (1) the rate of fly-by interactions (the Fly-by Rate, $R_f$) as functions of(a) redshifts, (b) halo masses and mass ratios, and (c) environments, and (2) their impact on galaxy evolution in terms of morphology and star-formation rate, in comparison to that of direct mergers.
The dark matter (DM) only simulations have been exploited to study e.g. the large scale structures and properties of a halo. In a baryon side, the high-resolution hydrodynamic simulation such as IllustrisTNG has helped extend the physics of gas along with stars and DM. However, the expansive computational cost of hydrodynamic simulations limits the size of a simulated universe whereas DM-only simulations can generate the universe of the cosmological horizon size approximately. I will introduce a pipeline to estimate baryonic properties of a galaxy inside a dark matter (DM) halo in DM-only simulations using a machine trained on high-resolution hydrodynamic simulations. An extremely randomized tree (ERT) algorithm is used together with multiple novel improvements such as a refined error function in machine training and two-stage learning. By applying our machine to the DM-only simulation of a large volume, I then validate the pipeline that rapidly generates a galaxy catalog from a DM halo catalog using the correlations the machine found in hydrodynamic simulations. I will discuss the benefits that machine-based approaches like this entail, as well as suggestions to raise the scientific potential of such approaches.
Park, Hyunbae;Park, Changbom;Tonegawa, Motonari;Zheng, Yi;Sabiu, Cristiano G.;Li, Xiao-dong;Hong, Sungwook E.;Kim, Juhan
천문학회보
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제44권1호
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pp.78.2-78.2
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2019
We develop an Alcock-Paczynski (AP) test method that uses the evolution of redshift-space two-point correlation function (2pCF) of galaxies. The method improves the AP test proposed by Li et al. (2015) in that it uses the full two-dimensional shape of the correlation function. Similarly to the original method, the new one uses the 2pCF in redshift space with its amplitude normalized. Cosmological constraints can be obtained by examining the redshift dependence of the normalized 2pCF. This is because the 2pCF should not change apart from the expected small non-linear evolution if galaxy clustering is not distorted by incorrect choice of cosmology used to convert redshift to comoving distance. Our new method decomposes the redshift difference of the 2-dimensional correlation function into the Legendre polynomials whose amplitudes are modelled by radial fitting functions. The shape of the normalized 2pCF suffers from small intrinsic time evolution due to non-linear gravitational evolution and change of type of galaxies between different redshifts. It can be accurately measured by using state of the art cosmological simulations. We use a set of our Multiverse simulations to find that the systematic effects on the shape of the normalized 2pCF are quite insensitive to change of cosmology over \Omega_m=0.21 - 0.31 and w=-0.5 - -1.5. Thanks to this finding, we can now apply our method for the AP test using the non-linear systematics measured from a single simulation of the fiducial cosmological model.
We present our study on a comparison of dark matter halo merger history from the runs using different numerical simulation codes. To analyze the uncertainty caused by the use of different N-body calculation methods, we compare the results from two cosmological hydrodynamic simulation codes GADGET-2 and RAMSES, which use a TreePM algorithm and the Adaptive Mesh Refinement(AMR) technique respectively. We perform cosmological dark matter-only simulations with the same parameter set and initial condition for both. The dark matter halo mass functions from two simulation runs correspond well with each other, except for lower mass haloes. The discrepancy on the low-mass haloes in turn causes a notable difference in halo merger rate, especially for the case of extremely minor merger. The result from GADGET-2 predicts that most haloes undergo more number of mergers with small haloes than that from RAMSES, independent of halo mass and environment. However, in the context of the study on galaxy evolution, such extreme minor mergers generally do not have strong effects on galaxy properties such as morphology or star formation history. Hence, we suggest that this uncertainty could be quantitatively negligible, and the results from two simulations are reliable even with only minor difference in merger history.
Using cosmological N-body simulations we investigate statistical properties of flyby encounters between halos in comparison with mergers. We classify halo pairs into two groups based on the total energy (E12); flybys (E12 > 0) and mergers (E12 < 0). By measuring the flyby and merger fractions, we assess their dependencies on redshift (0 < z < 4), halo mass (10.8 < log Mhalo/Msun < 13.0), and large-scale environment (from field to cluster). We find that the flyby and merger fractions similarly increase with redshift until z = 1, and that the flyby fraction at higher redshift (1 < z < 4) slightly decreases in contrast to the continuously increasing merger fraction. While the merger fraction has little or no dependence on the mass and environment, the flyby fraction correlates negatively with mass and positively with environment. The flyby fraction exceeds the merger fraction in filaments and clusters; even 10 times greater in the densest environment. Our results suggest that the flyby makes a substantial contribution to the observed pair fraction, thus heavily influencing galactic evolution across the cosmic time.
In order to explore the cosmic ray acceleration at the cosmological shocks, we have performed numerical simulations of one-dimensional, plane-parallel, cosmic ray (CR) modified shocks with the newly developed CRASH (Cosmic Ray Amr SHock) numerical code. Based on the hypothesis that strong Alfven waves are self-generated by streaming CRs, the Bohm diffusion model for CRs is adopted. The code includes a plasma-physics-based 'injection' model that transfers a small proportion of the thermal proton flux through the shock into low energy CRs for acceleration there. We found that, for strong accretion shocks with Mach numbers greater than 10, CRs can absorb most of shock kinetic energy and the accretion shock speed is reduced up to $20\%$, compared to pure gas dynamic shocks. Although the amount of kinetic energy passed through accretion shocks is small, since they propagate into the low density intergalactic medium, they might possibly provide acceleration sites for ultra-high energy cosmic rays of $E\ll10^{18}eV$. For internal/merger shocks with Mach numbers less than 3, however, the energy transfer to CRs is only about $10-20\%$ and so nonlinear feedback due to the CR pressure is insignificant. Considering that intracluster medium (ICM) can be shocked repeatedly, however, the CRs generated by these weak shocks could be sufficient to explain the observed non-thermal signatures from clusters of galaxies.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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