星系模拟中的尘埃与晶粒尺寸演化：什么重要，什么不重要

我们首次在星系演化的半解析宇宙学模型（SAM）中实现了演化的尘埃晶粒尺寸分布（GSD）。这个灵活的模型自洽地考虑了恒星尘埃产生、碎裂、凝聚、气相金属吸积以及超新星驱动激波和热气体中的破坏，成功再现了关键的观测约束。本文的目的是介绍这一新颖尘埃实现在SAM中的关键物理要素，并通过受控数值实验来探索塑造星系中GSD和消光律的机制。我们的结果表明，GSD从高红移时的大晶粒主导状态演变为低红移时更平坦的、类似MRN的形状。对于大质量星系，这种转变发生得更早，其特征金属丰度由星系消耗时间决定。由此产生的消光曲线显示，随着红移降低，紫外/光学斜率增加，并出现显著的$2175$ Å隆起，这与银河系的消光特性非常吻合。通过数值实验，我们发现，一旦恒星提供了初始的大晶粒库，碎裂和星际介质吸积就是驱动小晶粒增长的主要机制。当包含吸积时，该模型稳健地再现了观测到的$z \approx 0$尘埃质量，这在很大程度上独立于晶粒尺寸物理所采用的具体假设。类银河系星系的消光特性通常也能恢复，除非在极端情况下，例如假设湍流介质中的晶粒速度与晶粒尺寸无关。