星系中剧烈引力盘不稳定性演化：由气体主导向恒星主导转变导致的晚期稳定化

我们研究了高红移大质量恒星形成星系盘中剧烈引力不稳定的宇宙学演化。为此，我们在气体和恒星双组分盘的自调节不稳定性下，对质量和能量守恒方程进行了时间积分。假设该盘持续以平均宇宙学速率接收冷气体。气体形成恒星，并部分被恒星反馈驱散。由于驱动角动量向外的力矩，气体和恒星通过盘向内流向中心核球。质量沿引力势梯度流入所释放的引力能驱动了盘湍流，使盘保持不稳定（Toomre 不稳定性参数 $Q \sim 1$），补偿了气体湍流的耗散损失并提高了恒星速度弥散。我们追踪了恒星和气体在分别加热和冷却过程中的速度弥散，并寻找盘的“稳定化”迹象，其标志是气体速度弥散降低至与声速（约 10 km/s）相当的水平。我们改变了表征吸积气体比例、湍流耗散率、恒星形成率和恒星反馈的模型参数。我们发现，只要气体输入大致遵循平均宇宙学速率，由于强烈的宇宙学吸积导致的高表面密度和高气体比例，盘不稳定性在高红移直至 $z \sim 1$ 时都是一个稳健的现象。对于广泛的模型参数值，当盘被热恒星主导时，它们倾向于在 $z \sim 0-0.5$ 时“稳定化”。当模型参数被推向极端值时，盘可能在 $z \sim 2$ 时早期稳定化，此时由强外流导致的气体损失成为主要的稳定化因素。