暗物质晕自旋能否作为星系自旋与尺度的预测因子?

星系自旋($\lambda_{\rm g}$)与暗物质晕自旋($\lambda_{\rm h}$)分布之间的相似性,无论是模拟还是观测都予以表明,被朴素地解释为一个星系与其宿主晕自旋之间的一一对应关系。这在半解析模型中被用来通过 $R_{\rm e}\simeq\lambda_{\rm h} R_{\rm v}$ 预测星系尺度,其中 $R_{\rm e}$ 为星系的半质量半径,$R_{\rm v}$ 为晕半径。利用两套不同的宇宙学 zoom-in 模拟,我们发现 $\lambda_{\rm g}$ 与 $\lambda_{\rm h}$ 实际上仅存在极微弱的相关性,尤其在 $z\geq 1$ 时。基于不同的自旋演化历史,这种相关性的普遍弥散是可预期的:相比逐渐累积的暗物质,通过气流更晚吸积的重子获得随后又损失了显著的角动量。鉴于在吸积进入 $R_{\rm v}$ 时重子与暗物质自旋应存在相关性,最终的零相关反映了 $\lambda_{\rm g}/\lambda_{\rm h}$ 与 $\lambda_{\rm h}$ 之间的反相关,这部分可源于许多星系经历的并合与致密恒星形成阶段。另一方面,晕与星系的自旋矢量倾向于对齐,星系与晕之间中位 $\cos\theta=0.6$-0.7,与在优先平面内的流入一致。星系自旋与内晕自旋相关性更好,但这很大程度上反映了重子对晕的影响。遵循零自旋相关性,$\lambda_{\rm h}$ 并非 $R_{\rm e}$ 的有效代理。尽管我们的模拟重现了 $R_{\rm e}=AR_{\rm vir}$ 这类总体关系,并与观测估计一致,但该关系在 $A=0.02(c/10)^{-0.7}$ 时更紧密,其中 $c$ 为晕浓度,这进而引入了质量和红移的依赖性。