Assembly bias and the redshift evolution of intrinsic alignments for LRGs

Resumen Técnico: Sesgo de ensamblaje y la evolución en el desplazamiento al rojo de las alineaciones intrínsecas para LRGs

Planteamiento del problema
Las alineaciones intrínsecas (IA) de las galaxias constituyen un contaminante sistemático astrofísico primario en los sondeos de lentes gravitacionales débiles, capaces de sesgar la inferencia de parámetros cosmológicos si no se modelan correctamente. Los esfuerzos de modelado actuales, como el modelo de Alineación No Lineal (NLA), a menudo asumen que la amplitud de la alineación depende únicamente de la masa del halo. Sin embargo, con la llegada de sondeos de alta estadística como Euclid y LSST, las dependencias secundarias previamente ocultas por las incertidumbres observacionales pueden volverse significativas. Específicamente, es necesario investigar el impacto del sesgo de ensamblaje (assembly bias) —la dependencia de las propiedades de los halos respecto a su historia de formación más allá de la masa— y la evolución en el desplazamiento al rojo de la señal de alineación utilizando simulaciones hidrodinámicas de gran escala para asegurar un modelado robusto para futuros análisis de cizalladura cósmica (cosmic shear).

Metodología
Los autores utilizan la ejecución de tamaño de caja de 2.8 Gpc de la suite de simulaciones hidrodinámicas cosmológicas FLAMINGO (Schaye et al. 2023), que incluye física bariónica y una variación de retroalimentación (feedback) fiduciaria. El estudio se centra en una muestra de galaxias centrales similares a Galaxias Rojas Luminosas (LRG), definidas por halos con una masa de materia oscura ligada $M_h > 10^{12} M_\odot$ y galaxias con más de 300 partículas estelares ($\sim 2.22 \times 10^{11} M_\odot$).

Pasos metodológicos clave incluyen:

1. Definición del desplazamiento al rojo de formación: El desplazamiento al rojo de formación ($z_f$) se define como el desplazamiento al rojo en el cual un halo contenía la mitad de su masa actual ($0.5 M_{200\text{mean}}$). Esta definición es validada por su fuerte correlación con la concentración del halo ($c_{200\text{crit}}$).
2. Estimación de la correlación: Las funciones de correlación posición-posición ($gg$) y posición-forma ($g+$) se computan utilizando estimadores generalizados de Landy-Szalay y se modelan con el código IATheory bajo el marco NLA.
3. Análisis del sesgo de ensamblaje: La muestra se clasifica por masa de halo y desplazamiento al rojo de formación para aislar la dependencia de la amplitud de alineación ($A_1$) respecto a $z_f$ a masa constante.
4. Modelado de la evolución en el desplazamiento al rojo: Los autores ajustan una relación de ley de potencia entre la amplitud de alineación y la masa del halo ($A_1 \propto M^{\beta_M}$) a través de diferentes instantáneas (snapshots) de la simulación ($z=0$ a $z=1.5$).
5. Seguimiento de galaxias: Para desentrañar la evolución en el desplazamiento al rojo de la simple evolución de masa, las galaxias centrales se rastrean a través de las instantáneas utilizando el Track_id del buscador de subhalos HBT-HERONS. La muestra se selecciona en un desplazamiento al rojo inicial ($z_i$) y se sigue hasta $z=0$, eliminando los objetos si se fusionan o caen por debajo del umbral de partículas estelares.

Resultos clave

• Dependencia del sesgo de ensamblaje: La amplitud de la alineación depende no solo de la masa del halo, sino también del desplazamiento al rojo de formación. A una masa de halo constante, los halos y sus galaxias centrales que se formaron antes (mayor $z_f$) exhiben una amplitud de alineación sistemáticamente más alta. Este efecto se manifiesta como un desplazamiento vertical en la relación $A_1$–masa, mientras que la pendiente de la ley de potencia permanece mayormente sin cambios.
• Evolución de parámetros en el desplazamiento al rojo: La amplitud de la ley de potencia masa-alineación ($\alpha_M$) aumenta constantemente con el desplazamiento al rojo. La pendiente ($\beta_M$) disminuye con el desplazamiento al rojo hasta $z \sim 1$ y luego se aplana. Los autores proporcionan ajustes cuadráticos empíricos para $\alpha_M(z)$ y $\beta_M(z)$ (Ecs. 13 y 14).
• Modelo masa-desplazamiento al rojo: Se propone un modelo combinado de masa-desplazamiento al rojo (Ecs. 12–14) para predecir las amplitudes de alineación para muestras de LRG dado su desplazamiento al rojo y su masa media de halo.
• Análisis de seguimiento: Al rastrear galaxias desde desplazamientos al rojo iniciales altos ($z_i$), la amplitud de la alineación aumenta a medida que el desplazamiento al rojo disminuye, lo cual es consistente con la acreción de masa. Sin embargo, incluso después de normalizar por la predicción del modelo masa-desplazamiento al rojo, persiste un desfase sistemático: las galaxias rastreadas desde un $z_i$ más alto retienen una amplitud de alineación más alta que aquellas rastreadas desde un $z_i$ más bajo. Esto confirma que el sesgo de ensamblaje introduce una dispersión irreducible en la amplitud de la alineación a una masa y desplazamiento al rojo dados.
• Desviaciones de la ley de potencia: El ajuste de la ley de potencia se desvía en masas bajas ($< 10^{13} M_\odot$) y masas altas ($> 3 \times 10^{14} M_\odot$). En masas bajas, los autores observan una disminución relativa a la ley de potencia (contrastando con algunos resultados de solo gravedad), mientras que en masas altas se observa una disminución, atribuida a la formación continua del halo.

Significancia y afirmaciones
El artículo afirma que el modelado de IA en los sondeos de lentes gravitacionales débiles no puede depender de rangos de prior previos arbitrariamente pequeños para la amplitud de la alineación, ya que el sesgo de ensamblaje introduce una dispersión fundamental en la amplitud a una masa de halo constante. Si bien la forma funcional de los modelos existentes (como NLA) puede no requerir una modificación para dar cuenta del sesgo de ensamblaje, las restricciones de los rangos previos sobre el parámetro de amplitud deben ampliarse para acomodar esta dependencia secundaria.

Además, los resultados complican la implementación de modelos de alineación basados en la Distribución de Ocupación de Halos (HOD) para simulaciones de solo gravedad. Dado que los modelos HOD típicamente asignan propiedades basándose únicamente en la masa, fallan en capturar la dependencia del tiempo de formación a menos que se incorpore explícitamente. El estudio proporciona directrices basadas en simulaciones para un modelo de evolución en el desplazamiento al rojo de la IA, ofreciendo ajustes empíricos para la dependencia masa-desplazamiento al rojo de la amplitud de la alineación para muestras tipo LRG.

Limitaciones
Los autores señalan que la resolución de la simulación FLAMINGO es insuficiente para resolver la evolución de los discos galácticos (la fracción de disco permanece $<1\%$ hasta $z \sim 1.5$). Por consiguiente, los resultados se aplican estrictamente a muestras puras de LRG (elípticas) y no consideran la evolución de elípticas hacia discos o las señales de alineación de las galaxias de disco. El modelo masa-desplazamiento al rojo es válido para masas de halo entre $10^{13}$ y $10^{14.5} M_\odot$ y desplazamientos al rojo hasta $z \sim 1.5$.