用 CROC 模拟对再电离时期星系中的尘埃产生、增长与破坏进行建模:方法与参数探索

我们引入一种在宇宙学星系形成模拟中显式演化星际尘埃的模型。我们对 Cosmic Reionization on Computers 项目(CROC,Gnedin 2014)的一个模拟进行后处理,沿模拟中用示踪粒子技术采样的流线积分尘埃-气体比演化的常微分方程。该模型包含了渐近巨星分支(AGB)星风和超新星(SN)中的尘埃颗粒产生、由于星际介质(ISM)气相重元素吸积导致的颗粒增长,以及超新星遗迹(SNRs)高温气体中热溅射导致的颗粒破坏等效应。我们分析的一个主要结论是仔细选取尘埃破坏模型的重要性,在我们模拟中 ISM 的 $\sim 100$ pc 分辨率下,不同合理的参数化可预测出非常不同的值。我们在一个 $10h^{-1}$ 共动 Mpc 盒子中质量最大的单个星系上运行该尘埃模型,该星系在 $z=5$ 时达到 $\sim 2\times10^9 M_{\odot}$ 的恒星质量。我们发现该模型能够再现与现有高红移星系数据大体一致的尘埃质量和对尘埃敏感的可观测量。模拟星系的总尘埃质量对尘埃模型的参数选择有些敏感,尤其是 ISM 中吸积导致颗粒增长的时间尺度。因此,能够约束该时期星系尘埃质量的可观测量有可能用于限制尘埃物理。