含外流的宇宙学模拟中的星系演化 I: 恒星质量与恒星形成率

我们在包含参数化星系外流的宇宙学流体动力学模拟中,检验了从 z=3 到 z=0 的星系恒星成分增长。没有外流时,星系产生的恒星质量 (M*) 和恒星形成率 (SFR) 相对于观测结果过高。星风引入了星系恒星质量函数和恒星形成率函数的三层形式,其中中间层取决于被抛出的星风物质循环回星系的不同(即质量依赖)速率。一个紧密的 M*-SFR 关系是所有这类模拟的通用结果,其演化被很好地描述为由冷吸积驱动,尽管目前 z>2 的观测表明早期小星系中的恒星形成必须被高度抑制。在 z=0 时,质量低于 M^* 的星系中大约三分之一是卫星星系,并且卫星星系中的恒星形成并不比中心星系更剧烈。所有模型都未能抑制 z<2 时大质量星系中的恒星形成和恒星质量增长,这表明需要外部淬灭机制,例如黑洞反馈。所有模型也未能产生像观测中那样年轻且快速恒星形成的矮星系。一个遵循动量驱动星风预期标度关系的外流模型大致匹配了 z=0-3 时 M^* 附近的观测星系演化,这是一个重要的成功,因为这些星系主导了宇宙恒星形成,但在更高和更低质量处的失败凸显了这类模型仍面临的挑战。我们认为,中心恒星形成星系可以被很好地描述为处于一个缓慢演化的平衡态,该平衡由来自引力和循环星风的流入、恒星形成以及调节多少流入物质形成恒星的强大而普遍的外流共同维持。因此,恒星形成星系的演化主要由重子在星系和星系际气体之间的持续循环所支配。