論文の概要: Nature versus nurture in galaxy formation: the effect of environment on star formation with causal machine learning

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.02439v1
• Date: Tue, 03 Dec 2024 13:21:09 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-12-04 15:48:13.621913
• Title: Nature versus nurture in galaxy formation: the effect of environment on star formation with causal machine learning
• Title（参考訳）: 銀河形成における自然と栄養--因果機械学習による星形成に及ぼす環境の影響
• Authors: Sunil Mucesh, William G. Hartley, Ciarán M. Gilligan-Lee, Ofer Lahav,
• Abstract要約: 我々は、因果推論フレームワークを用いて、星形成速度に対する環境の因果効果を推定する。 因果効果は負で実質的であり,環境はSFRを$sim100$の最大係数で抑制する。 初期の宇宙では、環境は肯定的な影響を受け、より高い赤方偏移では$sim10$と$zsim1$で星形成を加速させる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.9374652839580183
• License:
• Abstract: Understanding how galaxies form and evolve is at the heart of modern astronomy. With the advent of large-scale surveys and simulations, remarkable progress has been made in the last few decades. Despite this, the physical processes behind the phenomena, and particularly their importance, remain far from known, as correlations have primarily been established rather than the underlying causality. We address this challenge by applying the causal inference framework. Specifically, we tackle the fundamental open question of whether galaxy formation and evolution depends more on nature (i.e., internal processes) or nurture (i.e., external processes), by estimating the causal effect of environment on star-formation rate in the IllustrisTNG simulations. To do so, we develop a comprehensive causal model and employ cutting-edge techniques from epidemiology to overcome the long-standing problem of disentangling nature and nurture. We find that the causal effect is negative and substantial, with environment suppressing the SFR by a maximal factor of $\sim100$. While the overall effect at $z=0$ is negative, in the early universe, environment is discovered to have a positive impact, boosting star formation by a factor of $\sim10$ at $z\sim1$ and by even greater amounts at higher redshifts. Furthermore, we show that: (i) nature also plays an important role, as ignoring it underestimates the causal effect in intermediate-density environments by a factor of $\sim2$, (ii) controlling for the stellar mass at a snapshot in time, as is common in the literature, is not only insufficient to disentangle nature and nurture but actually has an adverse effect, though (iii) stellar mass is an adequate proxy of the effects of nature. Finally, this work may prove a useful blueprint for extracting causal insights in other fields that deal with dynamical systems with closed feedback loops, such as the Earth's climate.
• Abstract（参考訳）: 銀河がどのように形成し進化するかを理解することは、現代の天文学の中心である。 大規模な調査とシミュレーションの出現により、ここ数十年で顕著な進歩を遂げた。 それにもかかわらず、現象の背後にある物理的過程、特にその重要性は、根底にある因果関係よりも主に相関が確立されているため、知られていないままである。 我々は因果推論フレームワークを適用することでこの問題に対処する。 具体的には、銀河の形成と進化が自然(内部過程)や成長(外部過程)に依存しているかどうかという根本的なオープンな問題に取り組み、IllustrisTNGシミュレーションの星形成速度に対する環境の因果効果を推定する。 そこで我々は, 包括的因果モデルを構築し, 疫学の最先端技術を用いて, 長期にわたる自然と養育の課題を克服する。 因果効果は負で実質的であり、環境はSFRを$\sim100$の最大係数で抑制する。 初期の宇宙では、z=0$の全体的な効果は負であるが、環境は正の影響を与えることが判明し、より高い赤方偏移では、$\sim10$の値が$z\sim1$の値で星形成を促進する。 さらに、私たちはこう示しています。 i)自然は、中間密度環境における因果効果を$\sim2$の係数で過小評価するので、重要な役割を果たす。 二 文献に共通するスナップショットにおける星質量の制御は、自然と栄養を乱すのに不十分であるだけでなく、実際は悪影響を及ぼす。 (三)星質量は自然の影響の適切なプロキシである。 最後に、この研究は地球の気候のような閉じたフィードバックループを持つ力学系を扱う他の分野の因果的洞察を抽出するのに有用な青写真であることが証明されるかもしれない。

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