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Hierarchical Clustering Leopoldo Infante Pontificia Universidad Católica de Chile Reunión Latinoamericana de Astronomía Córdoba, septiembre 2001

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Hierarchical Clustering

Leopoldo InfantePontificia Universidad Católica de Chile

Reunión Latinoamericana de AstronomíaCórdoba, septiembre 2001

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Introduction

The Two-point Correlation Function

Clustering of Galaxies at Low Redshifts -SDSS results-

Evolution of Clustering -CNOC2 results-

Clustering of Small Groups of Galaxies

The ro - d diagram

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Rich Clusters

Groups

Galaxies

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How do we characterizeclustering?

Correlation Functions

and/or

Power Spectrum

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Random Distribution

1-Point

2-Point

N-Point

Clustered Distribution

2-Point

r

dV1

dV2

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Continuous Distribution

Fourier Transform

Since P depends only on k

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2-Dimensions - Angles

Estimators

In Practice

AA BB

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The co-moving Correlation Length

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Proper Correlation length

Proper Correlation distance

Clustering evolutionindex

Assumed Power Law 3-D Correlation Function

Assumed Power Law Angular Correlation Function

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Proper Correlation Length

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Inter-system Separation, d

V

Nn systems

3/11

n

dMean separation

of objects

Space density of galaxy systems

As richer systems are rarer, d scales with richness or mass

of the system

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CLUSTERING Measurements from Galaxy Catalogs

and Predictions from Simulations

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2-dF Catalog, 16.419 galaxies, south strip.

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Sloan Digital Sky SurveySloan Digital Sky Survey

•2.5m Telescope•Two Surveys

•Photometric•Spectroscopic

•Expect•1 million galaxies with spectra•108 galaxies with 5 colors

Current resultsCurrent resultsTwo nights Equatorial strip, 225 deg.2

2.5 million galaxies

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Mock Catalogs

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•Correlations on a given angular scale probe physical scales of all sizes.•Fainter galaxies are on average further away, so probe larger physical scales

Angular Clustering

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Power law over 2 orders of magnitudeCorrelation in faintest bin correspond to larger physical scales

less clustered

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CNOC2 SurveyCNOC2 Survey

Measures clustering evolution up to z 0.6 for Lateand Early type galaxies.

1.55 deg.2

~ 3000 galaxies 0.1 < z < 0.6

Redshifts for objects with Rc< 21.5Rc band, MR < -20 rp<10h-1Mpc

SEDs are determined from UBVRcIc photometry

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Projected

Correlation Length

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Clustering of Galaxy Clusters

Richer clusters are more strongly clustered.

Bahcall & Cen, 92, Bahcall & West, 92 ro=0.4 dc=0.4 nc

-1/3

However this has been disputed Incompleteness in cluster samples (Abell, etc.)

APM cluster sample show weaker trend

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N body simulations

• Bahcall & Cen, ‘92, ro dc

• Croft & Efstathiou, ‘94, ro dc but weaker

• Colberg et al., ‘00, (The Virgo Consortium)– 109 particles– Cubes of 2h-1Gpc (CDM) 3h-1Gpc (CDM)

CDM =1.0 =0.0 h=0.5 =0.21 8=0.6

CDM =0.3 =0.7 h=0.5 =0.17 8=0.9

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CDMdc = 40, 70, 100, 130 h-1Mpc

Dark matter

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Clustering and Evolution of

Small Groups of Galaxies

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• Objective: Understand formation and evolution

of structures in the universe, from individual galaxies, to galaxies in groups to clusters of galaxies.

• Main data: SDSS, equatorial strip, RCS, etc.• Secondary data: Spectroscopy to get redshifts.• Expected results: dN/dz as a function of z,

occupation numbers (HOD) and mass. Derive ro and d=n-1/3 Clustering Properties

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Bias

• The galaxy distribution is a bias tracer of the matter distribution.– Galaxy formation only in the highest peaks of density

fluctuations.

– However, matter clusters continuously.

• In order to test structure formation models we must understand this bias.

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Halo Occupation Distribution, HOD

Bias, the relation between matter and galaxy distribution, for a specific type of galaxy, is defined by:

The probability, P(N/M), that a halo of virial mass M

contains N galaxies.

The relation between the halo and galaxy spatial

distribution.

The relation between the dark matter and galaxy

velocity distribution.This provides a knowledge of the relation between galaxies and the

overall distribution of matter, the Halo Occupation Distribution.

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In practice, how do we measure HOD?

Detect pairs, triplets, quadruplets etc. n2 in

SDSS catalog.

Measure redshifts of a selected sample.

With z and N we obtain dN/dz

We are carrying out a project to find galaxies in smallgroups using SDSS data.

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Collaborators:

M. StraussN. BahcallJ. KnappM. VogeleyR. KimR. Lupton& Sloan consortium

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The DataEquatorial strip, 2.5100 deg2Seeing 1.2” to 2”Area = 278.13 deg2

Mags. 18 < r* < 20

Ngalaxies = 330,041

Note strips

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dlogN/dm=0.46Turnover at r* 20.8

De-reddened Galaxy Counts

Thin lines are counts on each of the 12 scanlines

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Selection of Galaxy Systems

Find all galaxies within angular separation 2”<<15” (~37h-1kpc) and 18 < r* < 20

Merge all groups which have members in common.

Define a radius group: RG

Define distance from the group o the next galaxy; RN

Isolation criterion: RG/RN 3

Sample

1175 groups with more than 3 members15,492 pairs

Mean redshift = 0.22 0.1

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Galaxy pairs, examples

Image imspection showsthat less than 3% are spurious

detections

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Galaxy groups, examples

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Main Results

A = 13.54 0.07 = 1.76

A = 4.94 0.02 = 1.77

arcsec arcsec

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galaxies

pairs

triplets

Secondary Results

•Triplets are more clustered than pairs•Hint of an excess at small angular scales

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Space Clustering Properties-Limber’s Inversion-

– Calculate correlation amplitudes from ()

– Measure redshift distributions, dN/dz

– De-project () to obtain ro, correlation lengths

– Compare ro systems with different HODs

CNOC2 SDSS

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The ro - d relation

3/11

n

d

Correlation scaleAmplitude of the

correlation function

Mean separationAs richer systems are rarer,

d scales with richness or mass of the system

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Rich Abell Clusters:•Bahcall & Soneira 1983•Peacock & West 1992•Postman et al. 1992•Lee &Park 2000

APM Clusters:•Croft et al. 1997•Lee & Park 2000

EDCC Clusters:Nichol et al. 1992

X-ray Clusters:•Bohringer et al. 2001•Abadi et al. 1998•Lee & Park 2000

Groups of Galaxies:•Merchan et al. 2000•Girardi et al. 2000

LCDM (m=0.3, L=0.7, h=0.7)SCDM (m = 1, L=0, h=0.5)Governato et al. 2000Colberg et al. 2000Bahcall et al. 2001

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CONCLUSIONSWe use a sample of 330,041 galaxies within 278 deg2, with

magnitudes 18 < r* < 20, from SDSS commissioning imagingdata.

We select isolated small groups.We determine the angular correlation function.

We find the following:

•Pairs and triplets are ~ 3 times more strongly clustered than galaxies.•Logarithmic slopes are = 1.77 ± 0.04 (galaxies and pairs)() is measured up to 1 deg. scales, ~ 9 h-1Mpc at <z>=0.22. No breaks.•We find ro= 4.2 ± 0.4 h-1Mpc for galaxies and 7.8 ± 0.7 h-1Mpc for pairs•We find d = 3.7 and 10.2 h-1Mpc for galaxies and pairs respectively.•LCDM provides a considerable better match to the data

Follow-up studiesdN/dz and photometric redshifts.

Select groups over > 1000 deg2 area from SDSS