现代宇宙学流体动力学模拟中的星系冷气体含量

我们比较了三种近期宇宙学流体动力学模拟(Simba、EAGLE与Illustris-TNG)中星系的原子与分子气体性质,并与$z\sim 0-2$的观测进行对比。这些模拟均依赖相似的子分辨率方案来建模其无法直接表示的冷星际气体,并定性地再现了观测到的$z\approx 0$ HI与H$_2$质量函数(HIMF、H2MF)、CO(1-0)光度函数(COLF),以及相对于恒星质量、比恒星形成率和恒星面密度$\mu_*$的气体标度关系,但存在一定定量差异。为与COLF比较,我们基于模拟星系的平均分子面密度与金属丰度施加H$_2$-CO转换因子,导致$\alpha_{\rm CO}$的显著变化及模型间显著差异。据此,预测的$z=0$ COLF比预测的H2MF更符合数据。至$z\sim 2$,EAGLE与Simba的HIMF和COLF强烈增长,而TNG的HIMF下降、COLF演化缓慢。EAGLE与Simba再现了观测到的$z\sim 1-2$高$L_{\rm CO1-0}$星系,部分归因于其中位$\alpha_{\rm CO}(z=2)\sim 1$对比$\alpha_{\rm CO}(z=0)\sim 3$。考察\HI、H$_2$与CO标度关系,其与$M_*$的趋势在所有模型中均大致再现,但EAGLE在绿谷星系中产生过少HI,TNG与Simba在大质量星系中过量产生冷气体,而Simba在小系统中过量产生分子气体。利用剔除单个AGN反馈模块的Simba变体,我们发现Simba的AGN喷流反馈主要通过在$M_*> 10^{10}{\rm M}_\odot$星系中抑制冷气体,从$z\sim 1\to0$降低冷气体含量,而X射线反馈抑制高-$\mu_*$系统的形成。