[论文解读] Galactic outflows and the chemical evolution of dwarf galaxies

S. Recchi, G. Hensler+1 more|ArXiv.org|Jan 14, 2009

Astrophysics and Star Formation Studies被引用 3

一句话总结

本文研究了星系外流及多相星际介质如何影响矮星系的化学演化。通过流体动力学模拟，发现超泡空腔的填充时间在1.25至6亿年之间，具体取决于恒星形成强度和初始气体质量；而星系几何形状强烈控制双极外流的形成——扁平星系可将爆发中60%的金属物质喷射出，而球形星系则会保留全部金属。

ABSTRACT

Galactic winds in dwarf galaxies are driven by the energy released by supernova explosions and stellar winds following an intense episode of star formation, which create an over-pressured cavity of hot gas. Although the luminosity of the star formation episode and the mass of the galaxy play a key role in determining the occurrence of the galactic winds and the fate of the freshly produced metals, other parameters play an equally important role. In this contribution we address the following questions (i) What is the late evolution of superbubbles and what is the final fate of the superbubble cavities? (ii) How does the multi-phase nature of the ISM, in particular the coexistence of hot gas with embedded clouds, affect the development of galactic winds? (iii) What is the relation between the flattening of a galaxy and the development of bipolar galactic winds?

研究动机与目标

• 理解矮星系中恒星形成事件后超级泡空腔的后期演化及其填充动力学。
• 评估多相ISM中热气体与冷云共存对星系外流发展和金属喷射的影响。
• 研究星系几何形状（尤其是扁平度）在促进或抑制双极星系外流中的作用。
• 量化星系形态对化学演化的影响，特别是恒星形成爆发期间的金属损失效率。

提出的方法

• 对空间分辨率约10 pc的矮星系进行了三维流体动力学模拟，以准确模拟热力学和动力学过程。
• 通过同时包含核心塌缩超新星（SNeII）和延迟型Ia型超新星（SNeIa）的恒星形成爆发，完整捕捉能量输入随时间的变化。
• 采用不同初始气体质量、恒星形成率、持续时间以及星系几何形状（从球形到高度扁平的椭球体）的模型，以分离结构效应。
• 通过对比有无嵌入冷云的模拟，追踪热空腔演化、外流发展及金属喷射效率。
• 分析从星系盘中突破的超壳体的压力梯度与破裂时间，以确定外流启动时机和持续时间。
• 通过比较不同形态构型下产生的总金属量与保留在星系内或被喷射出的金属量，量化金属保留与喷射比例。

实验结果

研究问题

• RQ1 超级泡空腔的后期演化如何？恒星形成结束后，热气体的最终命运是什么？
• RQ2 多相ISM中冷而致密的云团存在如何影响星系外流的发展及其效率？
• RQ3 星系扁平度与双极星系外流形成之间存在何种关系？
• RQ4 星系几何形状如何影响恒星形成事件期间金属的喷射？

主要发现

• 恒星形成结束后，超级泡空腔的填充时间为1.25至6亿年，具体取决于初始气体质量和恒星形成强度。
• 填充过程主要由超壳体脱离星系盘后形成的压力梯度驱动，而非热膨胀。
• 球形星系中外流被抑制，这是由于压力在各向同性上被限制；而在扁平系统中，外流则变得强烈且范围广泛。
• 最扁平的模型（次短轴200 pc）形成了延伸至4 kpc的外流，并在5亿年后喷射了约15%的ISM质量。
• 简言之，强烈的恒星形成爆发导致扁平星系中金属喷射：最扁平模型损失了约60%的生成金属，而球形模型则保留了100%。
• 尽管热能减少，云状ISM模型中金属喷射效率仍保持较高水平，因为超壳体被穿透后可实现高效的金属导流；但因原始云团的混合，最终金属丰度降低了0.2至0.4 dex。