FAST 전천 HI 조사로 본 은하군의 가스 함량

초록

FAST 전천 HI 설문(FASHI) 초기 데이터와 SDSS 군 카탈로그를 결합해 $z\le0.03$ 범위의 182개 은하군(230개 은하)에서 HI 비율을 조사하였다. 동일한 질량·색상 조건에서 군 은하와 고립 은하의 평균 HI 분수 차이는 $-0.04$ dex에 불과했으며, 위성 은하는 평균 $-0.12$ dex, 중심 은하는 $+0.13$ dex의 차이를 보였다. 군 중심 $0.5R_{180}$ 이내와 풍부·고밀도 군에서 HI 결핍이 강화되는 반면, 외곽 은하는 통계적으로 차이가 없었다.

상세 분석

본 연구는 FAST 전천 HI 설문(FASHI)의 높은 감도와 넓은 망을 활용해, 기존 단일-파장 혹은 제한된 영역 조사에서 나타났던 ‘전반적 HI 결핍’ 현상을 재검토하였다. 먼저, YANG et al. (2007)의 halo‑기반 군 찾기 알고리즘을 적용해 $z\le0.03$ 내 182개의 은하군을 선정했으며, 각 군의 평균 멤버 수는 4명이다. 은하 선택 기준은 $9.5\le\log(M_\ast/M_\odot)\le10.7$, $g-r\le0.6$, $\log\mathrm{SFR}>-1$ 등으로, HI 검출률을 50 % 이상 확보하도록 설계되었다.

핵심 분석은 검출된 HI와 비검출(upper limit)을 동시에 다루는 ‘censored‑data modeling’이다. 이를 위해 고립 은하(군 풍부도 = 1)를 대조군으로 삼아, $\log f_{\rm HI}=m_1\log M_\ast+m_2(g-r)+b+\sigma_{\rm HI}$ 형태의 선형 혼합 모델을 베이지안 방식으로 피팅하였다. 모델 파라미터 $m_1$, $m_2$, $b$는 각각 $-0.188$, $-1.40$, $0.188$ 로 수렴했으며, 내부 산포 $\sigma_{\rm HI}\approx0.24$ dex였다. 이 모델을 바탕으로 각 은하의 기대 HI 분수를 예측하고, 실제 측정값(검출 또는 upper limit)과 비교해 $\Delta f_{\rm HI}= \log f_{\rm HI}^{\rm obs}-\log f_{\rm HI}^{\rm pred}$ 를 구했다.

전체 군 은하 집합에 대한 중앙값 $\Delta f_{\rm HI}$는 $-0.04$ dex에 머물렀으며, 95 % 신뢰구간이 $