FIRE 模拟中的气体运动学、形态与角动量

我们利用 FIRE 项目的一组宇宙学放大模拟，研究了红移 $z=0$ 处孤立星系的气体运动学、形态及角动量含量，模拟涵盖的恒星质量范围为 $M_{\star}=10^{6-11}M_{\odot}$。随着星系质量的增加，气体逐渐转变为旋转支撑主导。在最低质量星系（$M_{\star}<10^{8}M_{\odot}$）中，气体未能形成形态学盘，主要受弥散和压力支撑。在中等质量范围（$M_{\star}=10^{8-10}M_{\odot}$），星系展现出广泛的气体运动学和形态，从薄旋转盘到净旋转可忽略的不规则球状体。所有高质量（$M_{\star}=10^{10-11}M_{\odot}$）星系均形成了旋转支撑的气体盘。许多未能形成盘状结构的星系所在的晕，其星系际介质中却 harboring 高角动量气体。中心星系气体的比角动量与暗物质晕的比角动量之比随星系质量显著增加，从 $M_{\star}=10^{6-7}M_{\odot}$ 时的 $j_{\rm gas}/j_{\rm DM}\sim0.1$ 增至 $M_{\star}=10^{10-11}M_{\odot}$ 时的 $j_{\rm gas}/j_{\rm DM}\sim2$。最低质量星系旋转支撑减弱的原因在于：(a) 恒星反馈和紫外背景抑制了晚期高角动量气体的吸积；(b) 恒星反馈驱动了大幅度的非圆周气体运动。我们大体上复现了观测到的星系质量、气体旋转速度、尺寸与角动量之间的标度关系，但在最低观测质量（$M_{\star}=(10^{6}-2\times10^{7})M_{\odot}$）处，可能略微低估了具有盘状结构和高角动量星系的占比。在我们的模拟中，恒星的旋转支撑程度普遍低于气体。因此，假设恒星遵循与气体相同的旋转曲线的常见做法，会显著高估星系的恒星角动量，尤其是在低质量情况下。