[论文解读] CAMELS Environments: The Impact of Local Neighbours on Galaxy Evolution across the SIMBA, IllustrisTNG, ASTRID, and Swift-EAGLE Simulations

Xavier Sims, Daniel Anglés-Alcázar+7 more|arXiv (Cornell University)|Jan 9, 2026

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 0

一句话总结

该研究利用 CAMELS 模拟在四种星系形成模型中比较局部环境对星系与晕属性的影响，结果表明环境效应依赖于模型并随红移演化。

ABSTRACT

Internal feedback from massive stars and active galactic nuclei (AGN) play a key role in galaxy evolution, but external environmental effects can also strongly influence galaxies. We investigate the impact of environment on galaxy evolution, and its dependence on baryonic physics implementation, using Cosmology and Astrophysics with MachinE Learning Simulations (CAMELS) spanning a wide range of stellar and AGN feedback implementations in the SIMBA, IllustrisTNG, ASTRID, and Swift-EAGLE galaxy formation models. We show that satellite galaxies are significantly affected by the environment in all simulation models, with their gas fraction and star formation rate (SFR) suppressed in overdense regions compared to similar mass satellites in underdense environments at $z=0$. Central galaxies are less sensitive to environment but tend to show lower gas fraction and SFR in overdense regions at low stellar mass, transitioning to higher gas fraction and SFR for massive galaxies in higher-density environments. Halo baryon fraction ($f_{ m B}$) and circumgalactic medium mass fraction ($f_{ m CGM}$) at $z=0$ show clear environmental effects. In SIMBA, low-mass haloes in overdense regions have systematically lower $f_{ m B}$ and $f_{ m CGM}$ at fixed halo mass, while Swift-EAGLE haloes in overdense regions have systematically higher $f_{ m B}$ and $f_{ m CGM}$ across the full halo mass range, and IllustrisTNG and ASTRID show opposite trends at the low and high mass ends. Environmental effects can flip at higher redshift, with SFR and $f_{ m B}$ increasing with local density in low-mass haloes before quenching at an increasing overdensity threshold. Our results demonstrate that the impact of environment on galaxy evolution depends significantly on galaxy formation model, and higher-density environments can either suppress or enhance star formation depending on galaxy mass and cosmic epoch.

研究动机与目标

• 在 CAMELS 框架内，研究局部环境如何影响多种星系形成模型中的星系演化。
• 量化在 z=0 时环境对晕重子分数、CGM 分数、星系气体分数和 SFR 以及它们的红移演化的影响。
• 评估环境趋势对不同环境定义与质量分箱的鲁棒性。

提出的方法

• 利用四种星系形成模型的 CAMELS 流体动力学模拟：SIMBA、IllustrisTNG、ASTRID 和 Swift-EAGLE。
• 采用两种环境度量：delta_N（星系密度过密度）和 D_N,f（与近邻晕的距离），其中 N=10 且 N=f=1。
• 计算晕与星系属性：晕重子分数 f_B、CGM 分数 f_CGM、星系气体分数 f_gas，以及半恒星质量半径内的 SFR。
• 在固定的晕/恒星质量区间内比较过密区与欠密区样本，以分离环境效应与质量依赖。
• 使用自助法中位数、90% 置信区间，以及 Mann-Whitney-U 检验来评估显著性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在不同 CAMELS 模型下，定义为 delta_10 与 D_1,1 的局部环境如何影响晕重子分数？
• RQ2 在 SIMBA、IllustrisTNG、ASTRID 与 Swift-EAGLE 中，固定晕/恒星质量时，CGM 与星系气体分数如何随环境变化？
• RQ3 对四种星系形成模型而言，环境对卫星星系与中心星系的 SFR 有何影响？
• RQ4 环境效应如何随红移演化？
• RQ5 环境趋势对不同环境定义的鲁棒性在多大程度上成立？

主要发现

• 在 z=0 时，卫星星系在富集区呈现气体分数和 SFR 的抑制，且该现象在所有模型中均存在。
• 中心星系在低恒星质量区在富集区域表现出较低的气体分数和 SFR，但在密度更高的环境中，质量较大的星系则转变为具有较高的值。
• 晕重子分数 f_B 与 CGM 分数 f_CGM 显示出明确的环境依赖性，并在晕质量的不同区间呈现模型特异性趋势：在 overdense 区域，SIMBA 在低质量晕中表现出较低的 f_B 与 f_CGM；Swift-EAGLE 在大多数质量范围内在 overdense 区域呈现较高的 f_B 与 f_CGM；IllustrisTNG 与 ASTRID 在低/高质量端显示相反的趋势。
• 环境效应随红移可能反转，在低质量晕中，SFR 与 f_B 随局部密度增大而增加，随后在更高的过密阈值处被抑制。
• 总体而言，环境对星系演化的影响在很大程度上依赖于基础的星系形成模型，密度效应可能根据质量与宇宙时期而抑制或增强恒星形成。