[论文解读] Evolution of the mass, size, and star formation rate in high-redshift merging galaxies MIRAGE - A new sample of simulations with detailed stellar feedback

V. Perret, Florent Renaud+6 more|Lund University Publications (Lund University)|Jul 26, 2013

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 98被引用 52

一句话总结

本研究提出了MIRAGE模拟样本——20个高红移（1<z<2）合并与孤立星系的高分辨率流体动力学模拟，包含详细的恒星反馈模型，表明富含气体的合并并不会因湍流、致密的盘面中反馈饱和而触发星暴。模拟结果再现了观测到的质量-大小关系与恒星形成率关系，无需依赖冷吸积，表明内部致密团块动力学可实现星系由内而外的生长。

ABSTRACT

We aim at addressing the questions related to galaxy mass assembly through major and minor wet merging processes in the redshift range 1

研究动机与目标

• 研究主要与次要湿合并对1<z<2期间星系质量聚集的作用，此时期为宇宙恒星形成率的峰值期。
• 解决冷吸积与合并驱动增长在塑造高红移星系性质方面存在的未解矛盾。
• 研究湍流、致密的星际介质中恒星反馈如何调控合并过程中的恒星形成。
• 评估在无冷模式吸积的条件下，内部动力学过程能否实现由内而外的星系盘生长，基于高分辨率模拟。
• 提供一个统计上稳健、物理上合理的模拟样本，用于建模早期宇宙中的星系演化。

提出的方法

• 使用自适应网格细化代码RAMSES，对20个合并与3个孤立的高红移盘状系统进行模拟，物理空间分辨率达7 pc。
• 实施一个基于物理的恒星反馈模型，包含O/B型星的辐射压力、电离加热与超新星爆发。
• 包含恒星形成、金属线冷却与金属度输运，以真实模拟富含气体盘中的星际介质条件。
• 通过改变盘面初始取向与并合质量比，控制初始条件，以实现轨道参数的统计分析。
• 随时间测量关键星系属性（质量、大小、SFR），并与观测对比，使用Kennicutt-Schmidt关系与质量-大小演化关系。
• 生成模拟的IFU观测，用于分类速度场并研究高红移星系中的团块动力学。

实验结果

研究问题

• RQ1 在z≈2时，富含气体的合并是否会触发星暴，还是因湍流、致密盘面中反馈饱和而使恒星形成被抑制？
• RQ2 在无冷吸积的条件下，基于高红移合并中的内部动力学过程，由内而外的星系盘生长能在多大程度上发生？
• RQ3 并合质量比与盘面取向在多大程度上影响高红移系统中恒星质量、大小与恒星形成率的演化？
• RQ4 模拟的MIRAGE星系在多大程度上与1<z<2时观测到的质量-大小关系与恒星形成率关系相匹配？
• RQ5 巨大团块在调控恒星形成与驱动合并高红移星系结构演化中起什么作用？

主要发现

• 在MIRAGE模拟中，富含气体的合并并未产生星暴，因为恒星反馈在湍流、致密的星际介质中已使恒星形成趋于饱和。
• 孤立盘的恒星形成率历史表现出随机性，这与巨大团块的复杂动力学一致，符合观测结果。
• 模拟再现了观测到的质量-大小关系及其红移演化（1<z<2），表明在无冷吸积的条件下，由内而外的生长仍可发生。
• 在Kennicutt-Schmidt图上，大多数合并星系位于‘正常’盘状恒星形成区域，恒星形成效率略低。
• 团块相互作用与角动量再分布驱动星系盘生长，表明内部动力学可自然导致随时间演化形成更大的恒星盘。
• 活动星系核反馈在短期内不太可能破坏巨大团块，但长期来看可能减少气体吸积与气体分数，影响后续演化。