可是还有……星系形成中的宇宙射线、磁场、热传导与黏性

我们展示了一套高分辨率宇宙学模拟，使用 FIRE-2 反馈物理，并显式处理磁场、各向异性热传导与黏性，以及由超新星注入的宇宙射线（CRs，包括各向异性扩散、流窜、绝热、强子与库仑损失）。我们调查了从超暗矮星系（$M_{\ast}\sim 10^{4}\,M_{\odot}$，$M_{\rm halo}\sim 10^{9}\,M_{\odot}$）到银河系质量的系统，系统性地改变 CR 参数（例如扩散系数 $\kappa$ 和流窜速度），并研究星系性质集合（质量、恒星形成历史、质量轮廓、相结构、形态）。我们确认先前结论：在可分辨（$\gtrsim 1\,$pc）尺度上，磁场、热传导与黏性对星系整体性质影响很小。对于任何物理上合理的参数，CRs 在矮星系（$M_{\ast} \ll 10^{10}\,M_{\odot}$，$M_{\rm halo} \lesssim 10^{11}\,M_{\odot}$）中或高红移（$z\gtrsim 1-2$）时对研究所涉所有星系性质影响相对较弱。然而在更高质量（$M_{\rm halo} \gtrsim 10^{11}\,M_{\odot}$）和 $z\lesssim 1-2$ 时，给定相对较高的有效扩散系数 $\kappa \gtrsim 3\times10^{29}\,{\rm cm^{2}\,s^{-1}}$，CRs 可将恒星形成抑制因子达 $\sim 2-4$。在较低 $\kappa$ 下，CRs 逃离致密恒星形成气体耗时过长，并通过强子碰撞损失能量，对星系产生可忽略影响，且违背来自 $\gamma$ 射线发射的经验约束。但在 $\kappa\sim 3\times10^{29}\,{\rm cm^{2}\,s^{-1}}$ 附近，CRs 逃离星系并建立起由 CR 压力主导的晕，其支撑了原本会落向星系的致密、冷（$T\ll 10^{6}$ K）气体。CR 加热（来自碰撞与流窜损失）从不占主导。