不仅仅是空洞？模拟星系星际介质中空腔的探测与表征

星系的星际介质中充满了孔洞、气泡和壳层，通常被解释为恒星演化的遗迹。人们对其性质的研究兴趣日益浓厚，以探究恒星与超新星反馈。迄今为止，对观测数据和数值数据中空腔的探测大多是人工目视完成的，因此容易产生偏差。为此，我们提出了一种自动化、客观的方法来探测粒子模拟中的空腔，并以矮星系的流体动力学模拟进行了演示。该技术基于粒子位置的持续同调提取孔洞，并识别每个孔洞周围的紧密边界点。通过合成真值分析，我们研究了数据密度与探测半径之间的关系，证明更高的数据密度也能实现对更小空腔的稳健探测。通过追踪边界点，我们可以测量空腔的形状及物理性质（如温度）。在本文中，我们在 21 个模拟快照中探测到了 808 个孔洞。根据本文所分析模拟快照覆盖的 1 亿年内的温度剖面和膨胀行为，我们将这些孔洞分为超新星吹出的气泡和与恒星反馈活动无关的空腔。令人惊讶的是，不到 40% 的空腔能明确地与恒星演化联系起来。此外，约 36% 的空腔在收缩，而 59% 在膨胀。其余空腔在几百万年内没有变化。显然，基于所有空腔均与超新星相关且在膨胀的前提来解释观测数据是错误的。本研究表明，与其他空腔相比，超新星驱动的气泡通常具有更小的直径、更大的膨胀速度和更低的动力学年龄（最大为 2.2 亿年）。