[논문 리뷰] Bimodal gas accretion in the MareNostrum galaxy formation simulation

Pierre Ocvirk, Christophe Pichon외 1명|arXiv (Cornell University)|2008. 03. 31.

Astrophysics and Star Formation Studies인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 마레노스트룸에서 수행한 고해상도 천체물리적 시뮬레이션을 이용해 고적색도(z=2–5.4)에서 은하에 대한 이중 모드 가스 응집—냉각 모드와 난방 모드—를 조사한다. 0.2Rvir 이내의 헬로 중심에서 응집 가중 온도 히스토그램을 분석함으로써, 냉각 모드에서 난방 모드로의 전환을 결정짓는 임계 충격 질량(Mshock)을 규명하였으며, 이는 Mshock ≈ 10^11.5 M☉로 나타나 은하 근처에서의 응집 모드 전환을 나타낸다.

ABSTRACT

The physics of diffuse gas accretion and the properties of the cold and hot modes of accretion onto proto-galaxies between z=2 and z=5.4 are investigated using the large cosmological simulation performed with the RAMSES code on the MareNostrum supercomputing facility. Galactic winds, chemical enrichment, UV background heating and radiative cooling are taken into account in this very high resolution simulation. Using accretion–weighted temperature histograms, we have perfomed two different measurements of the thermal state of the gas accreted towards the central galaxy. The first measurement, performed using accretion–weighted histograms on a spherical surface of radius 0.2Rvir centred on the densest gas structure in the vicinity of the halo centre of mass, is a good indicator of the presence of an accretion shock in the vicinity of the galactic disc. We define the hot shock mass, Mshock, as the typical halo mass separating cold dominated from hot dominated accretion in the vicinity of the galaxy. The second measurement is performed by radially averaging histograms between

연구 동기 및 목표

• 고적색도(z=2–5.4)에서 원시 은하에 대한 희박한 가스 응집을 지배하는 물리적 메커니즘을 이해하기 위해.
• 응축되는 가스의 열 상태를 규명하고, 냉각 모드와 난방 모드 중 어느 것이 지배하는 조건을 파악하기 위해.
• 은하 헬로 주변에서 냉각 모드와 난방 모드 간의 전이 질량 척도(Mshock)를 정량화하기 위해.
• 은하 풍투, 자외선 가열, 복사 냉각과 같은 피드백 과정이 응집 모드에 미치는 영향을 평가하기 위해.

제안 방법

• 마레노스트룸 초고성능 컴퓨터에서 RAMSES 코드를 이용한 은하 형성 고해상도 천체물리적 시뮬레이션을 활용한다.
• 은하 풍투, 화학적 농축, 자외선 배경 가열, 복사 냉각과 같은 핵심 물리 과정을 포함한다.
• 헬로 중심 근처의 가장 밀도가 높은 가스 구조 주위의 0.2Rvir 상면에서 응집 가중 온도 히스토그램을 활용한다.
• Mshock는 은하 디스크 근처에서 응집 모드가 냉각 지배에서 난방 지배로 전환되는 헬로 질량으로 정의된다.
• 다른 반경 간의 히스토그램에 대해 반경 방향 평균을 취하여 응축되는 가스의 열 구조를 분석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고적색도에서 가스가 냉각 모드 또는 난방 모드로 은하에 응축되는 데 영향을 미치는 물리적 조건은 무엇인가?
• RQ2 은하 디스크 근처에서 냉각 모드에서 난방 모드로의 전이가 발생하는 헬로 질량은 얼마인가?
• RQ3 은하 풍투와 복사 냉각과 같은 피드백 과정이 응축되는 가스의 열 상태에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 z=2–5.4 범위에서 헬로 질량과 적색도에 따라 응집 충격 구조는 어떻게 변하는가?

주요 결과

• 냉각 모드와 난방 모드를 구분하는 응집 충격 질량(Mshock)은 약 10^11.5 M☉로 확인되었다.
• 0.2Rvir 상면에서의 응집 가중 온도 히스토그램은 은하 디스크 근처의 응집 충격 존재 여부와 강도를 신뢰할 수 있는 지표로 기능한다.
• 응집 모드의 전이는 Mshock에서 뚜렷이 정의되며, 피드백과 충격 형성에 대한 임계 질량 임계점임을 시사한다.
• 은하 풍투, 자외선 가열, 복사 냉각을 시뮬레이션에 포함시킴으로써 가스 응집의 열 상태와 모드에 상당한 영향을 미친다.