[论文解读] The Formation and Evolution of Disk Galaxies

Shude Mao, H. J. Mo+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 28, 1998

Astronomy and Astrophysical Research被引用 3

一句话总结

本文提出了一种用于盘状星系的分层结构形成模型，成功再现了本地观测结果，并将研究范围扩展至红移 z~1。通过将 z~3 处的莱曼断裂星系（Lyman-break galaxies）与最 massive 的暗物质晕联系起来，并应用经验性恒星形成定律，该模型解释了其观测到的大小、运动学特性和空间聚集特性，为高红移盘状星系的演化提供了一个连贯的理论框架。

ABSTRACT

We review some of our recent progress in modelling the formation of disk galaxies in the framework of hierarchical structure formation. Our model is not only consistent with the local observations, but also provides a good description of disk evolution out to redshift z~1. We use this model to interpret recent observational results on Lyman-break galaxies (LBGs) at z~3. Assuming that these galaxies are associated with the most massive halos and adopting an empirical law for their star formation rates, we find that many properties of the LBG population, including their correlations, sizes and kinematics can be accommodated in the model.

研究动机与目标

• 在分层结构形成范式下，发展一个自洽的盘状星系形成模型。
• 调和本地盘状星系的观测特性与理论预测。
• 将模型扩展至高红移（z~1），并解释近期对 z~3 处莱曼断裂星系的观测结果。
• 检验 z~3 时最 massive 的暗物质晕是否能够容纳与观测 LBG 特性相符的星系。
• 评估模型再现关键观测诊断指标（如大小、运动学与空间聚集）的能力。

提出的方法

• 采用分层结构形成框架，其中暗物质晕通过并合与吸积不断增长。
• 将高红移（z~3）时盘状星系的形成与最 massive 的晕联系起来，这些晕被识别为 LBG 的前身体。
• 应用基于晕质量与红移的经验证据性恒星形成率（SFR）定律。
• 使用 N-body 与半解析方法，在暗物质晕内模拟星系演化。
• 将模型预测与 LBG 大小、运动学与空间聚集的观测数据进行比较。
• 利用本地星系特性校准模型，以确保宇宙时空中的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 分层结构形成的盘状星系模型能否再现本地盘状星系的观测特性？
• RQ2 该模型对红移 z~1 之前盘状星系演化的描述有多准确？
• RQ3 z~3 处的莱曼断裂星系是否与模型中最为 massive 的晕相容？
• RQ4 经验性恒星形成定律能否再现 LBG 的观测大小与运动学特性？
• RQ5 该模型预测的 LBG 聚集特性为何？与观测结果相比如何？

主要发现

• 该模型成功再现了本地盘状星系的观测特性，包括其恒星质量与大小分布。
• 该模型对红移 z~1 之前盘状星系演化的描述良好，与观测趋势一致。
• z~3 处的莱曼断裂星系可被良好地容纳为模型中最 massive 暗物质晕的宿主系统。
• 该模型预测的 LBG 大小与运动学特性与观测数据一致，支持其与 massive 晕的关联。
• 该模型预测的 LBG 聚集特性与观测到的空间聚集模式相吻合。
• 将经验性恒星形成定律应用于 massive 晕，成功再现了 LBG 总体群体特性。