We study the mass, velocity dispersion and anisotropy profiles of Λ cold dark matter (ΛCDM) haloes using a suite of N-body simulations of unprecedented numerical resolution. The Aquarius Project follows the formation of six different galaxy-sized haloes simulated several times at varying numerical resolution, allowing numerical convergence to be assessed directly. The highest resolution simulation represents a single dark matter halo using 4.4 billion particles, of which 1.1 billion end up within the virial radius. Our analysis confirms a number of results claimed by earlier work, and clarifies a few issues where conflicting claims may be found in the recent literature. The mass profile of ΛCDM haloes deviates slightly but systematically from the form proposed by Navarro, Frenk & White. The spherically averaged density profile becomes progressively shallower inwards and, at the innermost resolved radius, the logarithmic slope is γ≡− d ln ρ/d ln r≲ 1. Asymptotic inner slopes as steep as the recently claimed ρ∝r−1.2 are clearly ruled out. The radial dependence of γ is well approximated by a power law, γ∝rα (the Einasto profile). The shape parameter, α, varies slightly but significantly from halo to halo, implying that the mass profiles of ΛCDM haloes are not strictly universal: different haloes cannot, in general, be rescaled to look identical. Departures from similarity are also seen in velocity dispersion profiles and correlate with those in density profiles so as to preserve a power-law form for the spherically averaged pseudo-phase-space density, ρ/σ3∝r−1.875. The index here is identical to that of Bertschinger's similarity solution for self-similar infall on to a point mass from an otherwise uniform Einstein–de Sitter universe. The origin of this striking behaviour is unclear, but its robustness suggests that it reflects a fundamental structural property of ΛCDM haloes. Our conclusions are reliable down to radii below 0.4 per cent of the virial radius, providing well-defined predictions for halo structure when baryonic effects are neglected, and thus an instructive theoretical template against which the modifications induced by the baryonic components of real galaxies can be judged.

High resolution N-body simulations of galactic cold dark matter haloes indicate that we should expect to find a few satellite galaxies around the Milky Way whose haloes have a maximum circular velocity in excess of 40 kms. Yet, with the exception of the Magellanic Clouds and the Sagittarius dwarf, which likely reside in subhaloes with significantly larger velocities than this, the bright satellites of the Milky Way all appear to reside in subhaloes with maximum circular velocities below 40 kms. As recently highlighted by Boylan-Kolchin et al., this discrepancy implies that the majority of the most massive subhaloes within a cold dark matter galactic halo are much too concentrated to be consistent with the kinematic data for the bright Milky Way satellites. Here we show that no such discrepancy exists if haloes are made of warm, rather than cold dark matter because these haloes are less concentrated on account of their typically later formation epochs. Warm dark matter is one of several possible explanations for the observed kinematics of the satellites.

We present six simulations of galactic stellar haloes formed by the tidal disruption of accreted dwarf galaxies in a fully cosmological setting. Our model is based on the Aquarius project, a suite of high-resolution N-body simulations of individual dark matter haloes. We tag subsets of particles in these simulations with stellar populations predicted by the galform semi-analytic model. Our method self-consistently tracks the dynamical evolution and disruption of satellites from high redshift. The luminosity function (LF) and structural properties of surviving satellites, which agree well with observations, suggest that this technique is appropriate. We find that accreted stellar haloes are assembled between 1 < z < 7 from less than five significant progenitors. These progenitors are old, metal-rich satellites with stellar masses similar to the brightest Milky Way dwarf spheroidals (107–108 M⊙). In contrast to previous stellar halo simulations, we find that several of these major contributors survive as self-bound systems to the present day. Both the number of these significant progenitors and their infall times are inherently stochastic. This results in great diversity among our stellar haloes, which amplifies small differences between the formation histories of their dark halo hosts. The masses (∼ 108–109 M⊙) and density/surface-brightness profiles of the stellar haloes (from 10 to 100 kpc) are consistent with expectations from the Milky Way and M31. Each halo has a complex structure, consisting of well-mixed components, tidal streams, shells and other subcomponents. This structure is not adequately described by smooth models. The central regions (<10 kpc) of our haloes are highly prolate (c/a∼ 0.3), although we find one example of a massive accreted thick disc. Metallicity gradients in our haloes are typically significant only where the halo is built from a small number of satellites. We contrast the ages and metallicities of halo stars with surviving satellites, finding broad agreement with recent observations.

Abstract Accurate flux density calibration is essential for precise analysis and interpretation of observations across different observation modes and instruments. In this research, we first introduce the flux calibration model that incorporated in HiFAST pipeline, and designed for processing H i 21 cm spectra. Furthermore, we investigate different calibration techniques and assess the dependence of the gain parameter on the time and environmental factors. A comparison is carried out in various observation modes (e.g., tracking and scanning modes) to determine the flux density gain ( G ), revealing insignificant discrepancies in G among different methods. Long-term monitoring data shows a linear correlation between G and atmospheric temperature. After subtracting the G –Temperature dependence, the dispersion of G is reduced to <3% over a one-year timescale. The stability of the receiver response of Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope (FAST) is considered sufficient to facilitate H i observations that can accommodate a moderate error in flux calibration (e.g., > ∼ 5%) when utilizing a constant G for calibration purposes. Our study will serve as a useful addition to the results provided by Jiang et al. Detailed measurement of G for the 19 beams of FAST, covering the frequency range 1000–1500 MHz, can be found on the HiFAST homepage: https://hifast.readthedocs.io/fluxgain.

Abstract We present a statistical study of the properties of diffuse H i in 10 nearby galaxies, comparing the H i detected by the single-dish telescope FAST (FEASTS program) and the interferometer Very Large Array (THINGS program), respectively. The THINGS observation missed H i with a median of 23% due to the short-spacing problem of interferometry and limited sensitivity. We extract the diffuse H i by subtracting the dense H i , which is obtained from the THINGS data with a uniform flux-density threshold, from the total H i detected by FAST. Among the sample, the median diffuse-H i fraction is 34%, and more diffuse H i is found in galaxies exhibiting more prominent tidal-interaction signatures. The diffuse H i we detected seems to be distributed in disk-like layers within a typical thickness of 1 kpc, different from the more halo-like diffuse H i detected around NGC 4631 in a previous study. Most of the diffuse H i is cospatial with the dense H i and has a typical column density of 10 17.7 –10 20.1 cm −2 . The diffuse and dense H i exhibit a similar rotational motion, but the former lags by a median of 25% in at least the inner disks, and its velocity dispersions are typically twice as high. Based on a simplified estimation of circumgalactic medium properties and assuming pressure equilibrium, the volume density of diffuse H i appears to be constant within each individual galaxy, implying its role as a cooling interface. Comparing with existing models, these results are consistent with a possible link between tidal interactions, the formation of diffuse H i , and gas accretion.

Abstract With the exceptional sensitivity of the Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope, we conducted observations of the neutral hydrogen (H i ) in the circumgalactic medium of Andromeda’s (M31) satellite galaxies, specifically Andromeda II, NGC 205, and NGC 185. Initially, three drift scans were executed for these satellites, with a detection limit of 4 × 10 18 cm −2 (approximately 1.88 × 10 3 M ⊙ of H i mass), followed by a more in-depth scan of a specific region. We discovered a C-shaped H i arc structure sharing a position and line-of-sight velocity similar to a stellar ring structure around Andromeda II, hinting at a potential connection with Andromeda II. In the context of NGC 205, we identified two mass concentrations in the northeast direction, which could be indicative of tidal streams resulting from the interaction between this galaxy and M31. These new lumps discovered could be very helpful in solving the missing interstellar medium problem for NGC 205. Observations regarding NGC 185 are consistent with previous studies, and we did not detect any additional H i material around this galaxy. These observational results enhance our understanding of the evolution of these satellite galaxies and provide insight into their historical interactions with the galaxy M31.

Abstract The standing waves existed in radio telescope data are primarily due to reflections among the instruments, which significantly impact the spectrum quality of the Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope (FAST). Eliminating these standing waves for FAST is challenging given the constant changes in their phases and amplitudes. Over a ten-second period, the phases shift by 18\degree\ while the amplitudes fluctuate by 6 mK. Thus, we developed the fast Fourier transform (FFT) filter method to eliminate these standing waves for every individual spectrum. The FFT filter can decrease the root mean square (RMS) from 3.2 to 1.15 times the theoretical estimate. Compared to other methods such as sine fitting and running median, the FFT filter achieves a median RMS of approximately 1.2 times the theoretical expectation and the smallest scatter at 12\%. Additionally, the FFT filter method avoids the flux loss issue encountered with some other methods. The FFT is also efficient in detecting harmonic radio frequency interference (RFI). In the FAST data, we identified three distinct types of harmonic RFI, each with amplitudes exceeding 100 mK and intrinsic frequency periods of 8.1, 0.5, and 0.37 MHz, respectively. The FFT filter, proven as the most effective method, is integrated into the HI data calibration and imaging pipeline for FAST (HiFAST, \url{https://hifast.readthedocs.io}).