膜世界中的星系形成 I：概述与初步结果

我们利用新修改版的 {\sc Arepo} 代码与 IllustrisTNG 星系形成模型，在正常分支 Dvali-Gabadadze-Porrati（nDGP）膜世界模型中开展星系形成的“全物理”流体动力学模拟。我们模拟两种 nDGP 模型（N5 与 N1），分别代表对广义相对论（GR）的弱偏离与中等偏离，模拟盒子尺寸为 $62\,h^{-1}{\rm Mpc}$ 与 $25\,h^{-1}{\rm Mpc}$，采用 $2\times512^3$ 暗物质粒子与初始气体元。这使我们首次探索重子物理在修改引力膜世界模型中对星系尺度的影响，并对这些模型中暗物质晕的恒星含量与星系随宇宙时间的演化作出预言。我们发现 GR 与 nDGP 模型间气体、恒星与暗物质的功率谱及相关函数在大尺度上差异可达约 $25\%$。类似于其在标准宇宙学模型（$\Lambda$CDM）中的作用，重子效应可对总体物质分布的成团性产生显著影响，其符号依赖于尺度。研究这些模型中修改引力与星系反馈的简并性，我们发现物质成团性上的这两类物理效应可清晰解耦，从而提供一种在包含重子效应时精确预言物质功率谱而无需运行流体动力学模拟的方法。依膜世界模型不同，我们发现星系性质（如恒星-晕质量比、星系恒星质量函数、气体分数与恒星形成率密度）与 GR 差异可达约 $15\%$。第五力的幅度在晕最内区因重子存在而减弱，但此减弱在高于约 $0.1$ 倍晕半径处迅速可忽略。