SPH模拟中星系形成的角动量输运与盘面结构

我们对在平衡的球形和三轴向暗物质 halo 中冷却旋转气体分布以形成盘状星系进行了受控的N-Body/SPH模拟。我们系统性地研究了随着暗物质和气体粒子数从10^4增加到10^6，以及重力软化从2 kpc减小到50 pc的过程中，角动量输运与盘面结构。角动量输运、盘面结构和径向轮廓对力和质量分辨率极为敏感。在低分辨率下，类似于当前大多数cosmological模拟中使用的情形，冷气体成分已通过不同机制失去一半初始角动量。角动量主要通过分辨率依赖的水动力和引力扭矩转移到热 halo 成分，其中后者源于质量分布的不对称性。此外，盘中粒子在仍处于热相态时也可能因人工粘性损失角动量。在盘的中心，粒子可因螺旋结构和/或中心 bar 的存在而转移超过99%的初始角动量。这种输运的强度也取决于力和质量分辨率——大软化会抑制 bar 不稳定性，低质量分辨率增强螺旋结构。这种力与角动量输运之间复杂的相互作用凸显了即使在孤立 halo 中也面临着星系形成模拟的复杂性。当采用10^6个气体和暗物质粒子时，盘中粒子仅失去10-20%的原始角动量，但我们仍无法生成纯指数型轮廓。