介绍 Illustris 项目：模拟宇宙中暗物质与可见物质的共同演化

我们介绍 Illustris 项目，一系列关于星系形成的大规模流体动力学模拟。最高分辨率的模拟 Illustris-1 覆盖了 $(106.5\,{\rm Mpc})^3$ 的体积，暗物质质量分辨率为 ${6.26 \times 10^{6}\,{\rm M}_\odot}$，初始重子物质质量分辨率为 ${1.26 \times 10^{6}\,{\rm M}_\odot}$。在 $z=0$ 时，引力作用在 $710\,{\rm pc}$ 的尺度上被软化，最小的流体动力学气体单元范围为 $48\,{\rm pc}$。我们追踪了 $2\times 1820^3$ 个分辨率单元的动力学演化，并额外被动演化了 $1820^3$ 个 Monte Carlo 示踪粒子，使粒子总数超过 $180$ 亿。星系形成模型包括：带有自屏蔽修正的原初和金属线冷却、恒星演化、恒星反馈、气体循环、化学富集、超大质量黑洞增长以及活动星系核反馈。在 $z=0$ 时，我们的模拟体积包含约 $40,000$ 个解析良好的星系，涵盖多种形态和颜色，包括早型、晚型和不规则星系。该模拟在 $z=0$ 时合理地再现了宇宙恒星形成率密度、星系光度函数以及重子转化效率。它还定性地捕捉了星系环境对星系红色比例的影响。所选解析良好的盘状星系的内部速度结构遵循恒星和重子 Tully-Fisher 关系以及平坦的圆周速度曲线。在解析良好的范围内，该模拟再现了观测到的早型和晚型星系的混合比例。我们的模型预测，重子效应会对晕质量函数和晕质量产生依赖于晕质量的影响，这是由超新星和活动星系核的反馈引起的。