Efficiency of IllustrisTNG in modeling galaxy properties

• Main Author: Grefsrud, Aurora
• Other Authors: Ferrero, Ismael
• Format: Master Thesis
• Language: English
• Published: NTNU 2021
• Subjects: Grensen; Zero Point; sami
• Online Access: https://hdl.handle.net/11250/2785600

Kosmologiske hydrodynamiske simuleringer er kraftige verktøy i studier av galakseformasjon og utvikling. De nyeste moderne simuleringene som IllustrisTNG endrer grensene for hva som er mulig i moderne astrofysikk. Samtidig har store observasjonsundersøkelser av det nærliggende universet utvidet vår forståelse for hvilke egenskaper og relasjoner galakser forventes å følge. Å sammenligne observasjoner og simuleringer er ikke alltid enkelt, og literaturen inneholder en mengde metoder og varierende resultater. I dette arbeidet er flere forskjellige metoder brukt for å regne ut og sammenligne stjerne- og halomassen, den karakteristiske størrelsen, hastigheter og farger i IllustrisTNG-galakser. Forholdene mellom disse egenskapene er også sammenlignet mot observasjoner av det nærliggende universet fra SAMI-undersøkelsen. Forskjellige metoder for klassifisering av galakser basert på morfologi og effekten av dette på sammenhengene mellom egenskapene er også studert. Resultatene viser at stjernemassen og halvmasse-radiusen er veldig avhengig av den bestemte grensen på galaksens størrelse, mens hastighet- og fargeestimater ikke er det. Stellar-to-halo-mass relasjonen til IllustrisTNG galakser er lignende den funnet i observasjoner opp til en halomasse på $10^{12.3} \, {\rm M_\odot}$, men for større haloer er stigningstallet høyere og avhenger veldig av definisjonen på stjernemasse. Størrelse-masse relasjonen er i godt samsvar med observasjoner for hele galaksepopulasjonen, men har større avvik dersom man ser på elliptiske og spiralgalakser separat. Tully-Fisher relasjonen til IllustrisTNG har et lavere stigningstall enn observasjonene, mens verdiene faller innenfor usikkerhetene. Faber-Jackson relasjonen til IllustrisTNG og observasjoner har lignende stigningstall, men IllustrisTNG har et lavere nullpunkt. Til slutt er fargebimodaliteten i IllustrisTNG i godt samsvar med observasjoner, men farge-masse relasjonen i IllustrisTNG er flatere og mer binær enn SAMI-dataen indikerer. Alt i alt reproduserer IllustrisTNG observasjonene av det nærliggende universet godt. Det er likevel viktig å vurdere metoden for galakseklassifikasjon og måten egenskapene til galaksene regnes ut på, spesielt med tanke på stjernemasse og karakteristisk størrelse, da estimatene av disse kan variere mye. Cosmological hydrodynamical simulations are powerful tools in the study of galaxy formation and evolution. The newest suite of state-of-the-art simulations like IllustrisTNG are pushing the boundaries of modern astrophysics. At the same time, large observational surveys of galaxies in the nearby Universe have increased our understanding of what properties and scaling relations galaxies are expected to follow. Comparing observations and simulations is not always straightforward, and the literature contains a multitude of methods and varying results. In this work, various methods used to calculate stellar and halo mass, characteristic size, velocities and color of IllustrisTNG galaxies are studied and compared against each other. The scaling relations related to these properties were also compared against observational data of the local Universe from the SAMI galaxy survey. Different methods of morphological classifications and their impacts upon the scaling relations were also explored. It was found that the stellar mass and half-mass radius are sensitively dependent upon galaxy size limit definitions, while velocity and color estimates are not affected. The stellar-to-halo-mass relation of IllustrisTNG galaxies was found to be similar to observations for halo masses up to $10^{12.3} \, {\rm M_\odot}$, but for larger halos the slope is steeper and depends heavily on the stellar mass definition used. The size-mass relation shows excellent agreement for the entire galaxy population, but has larger discrepancies when separated into early and late type galaxies. The Tully-Fisher relation of IllustrisTNG has a shallower slope than observations, while the values fall within the observational uncertainties. The Faber-Jackson relation of IllustrisTNG and observations have similar slopes, but IllustrisTNG has a lower zero-point. Finally, the color bimodality in IllustrisTNG is in good agreement with observations, but the color-mass slope in IllustrisTNG is flatter and more distinctly bimodal than the SAMI data indicates. Overall IllustrisTNG reproduces the observations of the local Universe well. It is however very important to consider the method of galaxy morphology classification and the way the properties are calculated, especially stellar mass and characteristic size, because differences in estimates may vary significantly.