带有颗粒的星系：利用湍流动力学模拟解构尘埃演化与消光曲线

我们介绍了一个用于模拟具有分辨多相星际介质的星系的尘埃演化模型。尘埃被建模为随气体成分输送的流体，分为两种颗粒尺寸（5 nm 和 0.1 $\mu\rm m$）以及两种化学组成（碳质和硅质）。通过一系列具有不同质量和金属丰度的孤立盘状模拟，我们可以探讨这些过程在塑造星系中尘埃关键属性中的作用。模拟的太阳系类星系再现了尘埃-金属质量比（DTM）、耗尽因子、颗粒尺寸分布以及太阳系的消光曲线。金属丰度较低的星系再现了在约几倍0.1 $\rm Z_\odot$处，DTM随金属丰度下降的观测现象。这一DTM的中断对应于一个星系气体金属丰度阈值，标志着从以喷发物为主的颗粒生长向以吸积为主的颗粒生长的转变，对于硅质和碳质颗粒的阈值分别为约0.1 $\rm Z_\odot$和约0.5 $\rm Z_\odot$。这导致金属丰度较低、质量较小的星系具有类似于银河系云的消光曲线，即在紫外线区域存在更陡的斜率且在217.5 nm处的弱峰特征。这些星系中较陡的斜率源于硅质颗粒相对于碳质颗粒更高效的气体吸积，以及共沉淀速率较低导致小硅质颗粒数量得以保留。弱峰特征源于在低金属丰度下碳质尘埃整体吸积生长效率低，其生长主要依赖于超新星喷发中大颗粒的释放。我们还展示了CO分子形成是限制碳质尘埃生长的关键因素，特别是在低金属丰度且富气体的星系中。