热模式吸积与薄盘星系形成的物理机制

我们利用 FIRE 模拟研究 z~0、银河系质量星系中的盘形成，并得出结论：形成薄恒星盘的一个关键要素是吸积气体在并入星系之前，能够通过内部抵消发展出与星系对齐的角动量分布。在年轻恒星中高比例（>70%）位于薄盘（h/R~0.1）的星系中，我们发现：（i）在晕尺度（>~20 kpc）上，热的、维里温度气体主导了流入气体质量，其辐射损失由压缩加热抵消；（ii）这种热吸积持续进行，直到角动量支撑减缓向内运动，此时气体冷却至 T~10^4 K 或更低；（iii）在冷却之前，吸积气体发展出与星系盘对齐的角动量分布，并且在冷却时从准球形空间构型转变为更扁平的、盘状构型。我们表明，在跨越晕质量范围 10^10.5 太阳质量至 10^12 太阳质量（或恒星质量范围 10^8 太阳质量至 10^11 太阳质量）的 17 个 z~0 星系样本中，这种“旋转冷却流”吸积模式的存在与薄盘中形成恒星的比例强相关。值得注意的是，具有厚盘或不规则形态的星系在吸积前气体未发生显著角动量对齐，并且晕气体冷却与扁平化之间无对应关系。我们的结果表明，在并入星系之前变得相干且受角动量支撑的旋转冷却流（或更一般地，旋转亚声速流）很可能是 LambdaCDM 宇宙中薄的形成恒星的盘状星系形成的必要条件。