低红移 Lyman 极限系统作为宇宙学内流与外流的诊断工具

我们利用 FIRE 项目中包含恒星反馈的宇宙学流体动力学模拟，研究了 $z<1$ 处 Lyman 极限系统（LLSs）的物理性质。在这些低红移处，LLSs 与星系周围的稠密气体结构密切相关，例如星系风、矮卫星星系以及来自星系际介质的冷内流。我们的分析基于 14 个缩放模拟，覆盖了 $z=0$ 时 $M_h\sim10^9-10^{13} M_{\odot}$ 的暗晕质量范围，并将其与暗物质晕质量函数卷积以生成宇宙学统计。我们发现，宇宙学上选定的大多数 LLSs 与质量范围在 $10^{10} < M_h < 10^{12} M_{\odot}$ 的暗晕相关联。柱密度在 $10^{16.2} < N_{\rm HI} < 2\times10^{20} {\rm cm}^{-2}$ 范围内的模拟吸收体的发生率和 HI 柱密度分布与观测结果一致。高速外流（径向速度超过暗晕 circular velocity 约 $>\sim2$ 倍）往往具有较高的金属丰度（[X/H] $\sim -0.5$），而金属丰度极低（[X/H] $< -2$）的 LLSs 通常与来自星系际介质的内落气体相关联。然而，大多数 LLSs 在金属丰度-径向速度空间中占据一个中间区域，对此区域金属丰度与径向运动学之间没有明显的趋势。在 FIRE 模拟中，金属富集的内流是由于星系风在低红移处回落到星系上而产生的。整体模拟的 LLS 金属丰度分布具有平均值（标准差）[X/H] = -0.9 (0.4)，并未显示出显著的双峰性证据，这与最近的观测研究形成对比，但与 LLSs 起源于具有广泛质量和金属丰度范围的暗晕的图像一致。