Nexus: 一个用于理想化星系受控模拟的框架

受限于对真实、动力学自洽且演化的星系模型的需求，这些模型需避免完整及放大宇宙学模拟的复杂性，我们开发了NEXUS，一个用于创建和演化由无碰撞成分和气体成分组成的人造星系的集成框架。NEXUS利用了公开可用、经过验证的软件包：基于恒星动力学和作用的库AGAMA；以及自适应网格细化、N体/流体动力学代码RAMES（已根据我们的需求修改）。此外，我们使用一个专有模块来处理星系形成物理，包括气体冷却与加热、恒星形成、恒星反馈和化学增丰。NEXUS的基本功能是为多种星系模型生成定制初始条件，这些条件随时间推进以模拟星系的演化。完全自洽的初始条件基于分布函数方法生成，该方法已在AGAMA的星系建模模块中实现——此前仅限于无碰撞成分，本工作将其扩展以处理两种气体构型：热晕和气体盘。NEXUS允许构建盘气体分数$0~\leq~f_{\rm gas}~\leq~1$的平衡模型，适用于模拟低红移和高红移星系。同样，该框架非常适合研究星系生态学，即恒星与气体在数十亿年间的动力学相互作用。作为我们框架的验证和说明，我们重现了早期研究中报道的几个孤立星系模型设置，并展示了一个新的“嵌套棒”星系模拟。NEXUS的未来升级将包括磁流体动力学和高能粒子（“宇宙射线”）加热。