[论文解读] How Cosmic Web Detachment Drives Galaxy Quenching

Miguel A. Aragón-Calvo, Mark C. Neyrinck+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 26, 2016

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 72被引用 24

一句话总结

宇宙网分离（CWD）模型提出，星系熄灭发生在星系从宇宙网中原始的、相干的丝状结构脱离时，导致冷气体吸积停止。这一纯粹的引力过程统一了饥饿、窒息和气体剥离机制，自然解释了恒星形成向下演化、恒星形成率历史以及星系颜色-质量-密度关系。

ABSTRACT

We present the Cosmic Web Detachment (CWD) model, a conceptual framework to interpret galaxy evolution in a cosmological context, providing a direct link between the star formation history of galaxies and the cosmic web. The CWD model unifies several mechanism known to disrupt or stop star formation into one single physical process and provides a natural explanation for a wide range of galaxy properties. Galaxies begin accreting star-forming gas at early times via a network of primordial highly coherent filaments. The efficient star formation phase ends when non-linear interactions with other galaxies or elements of the cosmic web detach the galaxy from its network of primordial filaments, thus ending the efficient accretion of cold gas. The stripping of the filamentary web around galaxies is the physical process responsible of star formation quenching in gas stripping, harassment, strangulation and starvation. Being a purely gravitational/mechanical process CWD acts at a more fundamental level than internal feedback processes. We introduce a simple and efficient formalism to identify CWD events in N-body simulations. With it we reproduce and explain, in the context of CWD, several key observations including downsizing, the cosmic star formation rate history, the galaxy mass-color diagram and the dependence of the fraction of red galaxies with mass and local density.

研究动机与目标

• 将不同的熄灭机制（如饥饿、窒息和气体剥离）统一为由宇宙网结构驱动的单一物理过程。
• 解释观测到的恒星形成向下演化现象以及宇宙恒星形成率随时间的演化。
• 解释星系质量-颜色图以及红序数对质量和局域密度的依赖关系。
• 为在N体模拟中识别CWD事件开发形式化方法，以实现经验验证。
• 建立一种比内部反馈更基础的引力机械机制，用于解释星系熄灭。

提出的方法

• 提出宇宙网分离（CWD）模型作为将星系熄灭与宇宙网结构变化相联系的概念框架。
• 将CWD定义为星系由于非线性相互作用而与原始的、相干的气体吸积丝状结构失去连接的物理过程。
• 提出一种基于丝状结构连通性变化和吸积历史变化的CWD事件检测形式化方法，适用于N体模拟。
• 利用该形式化方法识别CWD事件，并将其与星系群体中观测到的熄灭特征相关联。
• 在CWD框架内重现关键观测趋势，如质量-颜色图和红序数演化。
• 将CWD视为一种独立于内部反馈的引力机制，提供熄灭现象的首项原理解释。

实验结果

研究问题

• RQ1 从宇宙网原始丝状结构中脱离如何解释星系冷气体吸积的停止？
• RQ2 CWD在多大程度上能将饥饿、窒息和气体剥离等多种熄灭机制统一为单一物理过程？
• RQ3 CWD模型能否重现观测到的恒星形成向下演化和宇宙恒星形成率历史？
• RQ4 CWD形式化方法如何在N体模拟中识别熄灭事件？其对星系性质的预测能力如何？
• RQ5 为何红序数同时依赖于质量和局域密度？CWD能否自然解释这种依赖关系？

主要发现

• 星系熄灭由其从宇宙网中原始、相干的丝状结构中脱离引起，导致高效的冷气体吸积终止。
• CWD模型为饥饿、窒息和气体剥离提供了统一的引力解释，这些现象均为同一基本过程的不同表现。
• CWD形式化方法成功识别出N体模拟中的熄灭事件，使与观测结果的直接比较成为可能。
• 该模型自然重现了恒星形成向下演化和宇宙恒星形成率随时间的演化。
• CWD框架能够解释星系质量-颜色图以及红序数对质量和局域密度的观测依赖关系。
• CWD的作用机制比内部反馈更基础，因其由大尺度引力相互作用驱动，而非内部过程。