观测与模拟星系盘内外的中性氢——将MeerKAT观测与TNG50和FIRE-2模拟数据进行比较

中性氢（HI）是星系内部及周围气体流动的理想示踪剂，并且在近邻宇宙中具有独特的可观测性。在此，我们利用MeerKAT射电望远镜对5个恒星质量约为 $5\times10^{10}$ M$_\odot$ 的近邻星系进行了宽视场（约1平方度）、空间分辨（低至22角秒）、高灵敏度（约 $10^{18}$ cm$^{-2}$）的HI观测。其中四个星系是MHONGOOSE巡天的一部分。我们表征了它们的主要HI性质，并将其与来自TNG50（20个）和FIRE-2（5个）宇宙学流体动力学模拟套件中25个质量相似的恒星形成星系的合成HI数据进行了比较。总体而言，模拟系统的HI和分子氢（H$_2$）质量与观测结果吻合良好，但仅当采用Blitz & Rosolowsky (2006)的H$_2$配方时。我们测试的其他配方将H$_2$与HI的质量比高估了至多一个数量级。在局部尺度上，我们发现了观测与模拟数据之间的两个主要差异。首先，模拟星系表现出比观测星系更不规则的HI形态，这是由于在距星系中心约100 kpc范围内存在柱密度 $<10^{20}$ cm$^{-2}$ 的HI，尽管它们所处的环境比观测目标更孤立。其次，模拟星系，尤其是FIRE-2套件中的星系，表现出比观测星系更复杂、整体更宽的HI谱线轮廓。我们将此解释为恒星反馈和气体吸积的综合效应，导致比观测星系更剧烈的大尺度气体循环。我们的结果表明，与模拟相比，近邻宇宙中的气体流入和流出过程更为温和，导致HI盘更规则、湍流更少。