宇宙学模拟中蝴蝶效应的量化及其对星系标度关系的影响
星系天体物理
2019-01-30 v2 天体物理仪器与方法
摘要
我们通过量化微小扰动如何随时间增长并表现为星系性质的宏观差异，研究了宇宙学模拟中类混沌的行为。当我们运行成对的“影子”模拟，除粒子位置的随机微小初始位移（例如量级为 1e-7pc）外完全相同，结果在单个星系层面彼此发散（而星系系综的统计性质不变）。经过宇宙学时间后，模拟间匹配的成对“影子”星系的全局性质彼此差异通常在约 2-25% 的水平，取决于所考虑的物理量。我们使用 (25-50Mpc/h)^3 的宇宙学体积进行这些实验，分别仅用暗物质演化、或用重子与恒星形成但无反馈演化、或使用 IllustrisTNG 项目的完整反馈模型演化。这些运行涵盖质量相差 512 倍的四个分辨率层级。我们发现，无反馈时影子星系间的差异通常随分辨率提高而变小，但使用 IllustrisTNG 模型时结果大多收敛到一个“下限”。这暗示了反馈在设定星系形成混沌性质中的作用。重要的是，我们将影子星系间的宏观差异与各种星系标度关系中的总体弥散进行比较，并得出结论：对于恒星形成-质量关系和 Tully-Fisher 关系，我们模拟中的蝴蝶效应对总体弥散有显著贡献。我们发现无论子网格模型中是否使用随机数，结果都是稳健的。我们讨论了其对星系形成理论总体及宇宙学模拟具体的意义。
引用
@article{arxiv.1807.07084,
title = {A Quantification of the Butterfly Effect in Cosmological Simulations and Implications for Galaxy Scaling Relations},
author = {Shy Genel and Greg L. Bryan and Volker Springel and Lars Hernquist and Dylan Nelson and Annalisa Pillepich and Rainer Weinberger and Ruediger Pakmor and Federico Marinacci and Mark Vogelsberger},
journal= {arXiv preprint arXiv:1807.07084},
year = {2019}
}
备注
Key figures: 10 & 11. Accepted for publication in ApJ. This final version includes a new verification of the conclusions in simulations that completely avoid the usage of random numbers