动力学平衡决定宇宙时标上星系的原子气体含量

我们分析了NIHAO模拟套件中88个独立的盘状星系高分辨率宇宙学zoom-in模拟，以探索原子气体分数与重子角动量在整个宇宙时标上的联系。该研究的动机来自\citet{obreschkow16}的解析模型，该模型预测了原子气体分数 $f_{\rm atm}$ 与全局原子稳定性参数 $q \equiv j\sigma / (GM)$ 之间的关系，其中 $M$ 和 $j$ 是星系（恒星+冷气体）的质量和比角动量，$\sigma$ 是原子气体的速度弥散。我们表明，模拟星系从形成时（$z\simeq4$）到现今在 $\sim 0.5$ dex 范围内遵循该关系。为解释此行为，我们探索了局部Toomre稳定性的演化，发现所有模拟星系中 $90\%$--$100\%$ 的原子气体在任何时刻都是稳定的。换言之，从恒星形成峰值时期到今天整个时期内，吸积时标长于达到平衡的时标，从而在任何时刻都导致原子气体的准静态平衡。因此，$f_{\rm atm}$ 的演化主要通过 $q$ 的演化依赖于复杂的等级式增长历史。受强环境效应影响的星系除外。