DREAMS 是如何形成的：利用扩散模型和点云模拟卫星星系与子晕族群
星系天体物理
2024-09-06 v1 宇宙学与河外天体物理
机器学习
摘要
星系及其宿主暗物质(DM)晕之间的联系对于我们理解宇宙学、星系形成和 DM 物理至关重要。为了最大化即将到来的宇宙学巡天的回报，我们需要一种准确的方法来建模这种复杂关系。已经开发了许多技术来建模这种联系，从晕占据分布(HOD)到经验模型和半解析模型，再到流体动力学模拟。流体动力学模拟可以包含更详细的天体物理过程，但计算成本高昂；而 HOD 计算成本低，但精度有限。在本工作中，我们提出了 NeHOD，这是一个基于变分扩散模型和 Transformer 的生成框架，用于在 DM 之上绘制星系/子晕，其精度可与流体动力学模拟媲美，但计算成本与 HOD 相似。通过将星系/子晕建模为点云，而非进行分箱或体素化，我们能够分辨小至模拟分辨率的小尺度空间结构。对于每个晕，NeHOD 预测其中心星系和卫星星系的位置、速度、质量和浓度。我们在 DREAMS 项目的 TNG-Warm DM 套件上训练 NeHOD，该套件由 1024 个高分辨率放大流体动力学模拟组成，这些模拟针对银河系质量晕，并具有变化的暖暗物质质量和天体物理参数。我们表明，我们的模型捕捉了作为模拟参数函数的子晕特性之间的复杂关系，包括质量函数、恒星-晕质量关系、浓度-质量关系和空间聚类。我们的方法可用于各种下游应用，从星系聚类到强引力透镜研究。
引用
@article{arxiv.2409.02980,
title = {How DREAMS are made: Emulating Satellite Galaxy and Subhalo Populations with Diffusion Models and Point Clouds},
author = {Tri Nguyen and Francisco Villaescusa-Navarro and Siddharth Mishra-Sharma and Carolina Cuesta-Lazaro and Paul Torrey and Arya Farahi and Alex M. Garcia and Jonah C. Rose and Stephanie O'Neil and Mark Vogelsberger and Xuejian Shen and Cian Roche and Daniel Anglés-Alcázar and Nitya Kallivayalil and Julian B. Muñoz and Francis-Yan Cyr-Racine and Sandip Roy and Lina Necib and Kassidy E. Kollmann},
journal= {arXiv preprint arXiv:2409.02980},
year = {2024}
}
备注
Submitted to ApJ; 30 + 6 pages; 11 + 4 figures; Comments welcomed