暗时代再电离与星系形成模拟——XVII. 高红移星系的尺寸、角动量与形态

我们使用更新后的 Meraxes 半解析星系演化模型研究高红移星系的尺寸、角动量与形态。我们的模型成功再现了红移 $z=0$-$10$ 的一系列观测结果。我们发现星系盘的有效半径在 $z=5$-$10$ 时随 UV 光度缩放为 $R_e\propto L_{\textrm{UV}}^{0.33}$，随恒星质量缩放为 $z=5$ 时 $R_e\propto M_\ast^{0.24}$，但斜率在更高红移处增大。我们的模型预测中位星系尺寸随红移缩放为 $R_e \propto (1+z)^{-m}$，其中对 $(0.3$-$1)L^\ast_{z=3}$ 的星系 $m=1.98\pm0.07$，对 $(0.12$-$0.3)L^\ast_{z=3}$ 的星系 $m=2.15\pm0.05$。我们发现恒星与晕的比角动量之比通常小于 1，并随晕质量和恒星质量增加而减小。该关系不显示红移依赖性，而比角动量与恒星质量之间的关系从 $z=7$ 到 $z=2$ 下降了约 $0.5$ dex。我们的模型再现了本地星系形态的分布：低质量星系的核球主要通过星系并合形成，恒星质量 $M_\ast\simeq10^{10}$-$10^{11.5}M_\odot$ 的星系通过盘不稳定性形成，最质量星系通过主并合形成。在高红移处，我们发现星系形态以核球主导为主。