论高红移星系中出人意料的冷气体盘之起源

我们探讨了在红移 $z \gtrsim 3$ 处观测到的非常“冷”的星系盘这一令人困惑的观测迹象，该时期盘预期应受到强烈扰动。利用高分辨率宇宙学 zoom-in 模拟，我们在 $z\sim 3.5$ 处确认了这样一个冷盘，其总气体的旋转速度与速度弥散之比 $v_\phi/\sigma_r \simeq 5$。它形成于通过冷宇宙网流进行共面、共转气体的剧烈吸积时期。该薄盘存活约 $\sim 5$ 个轨道周期，之后被并合与逆转动流破坏，其寿命较长但与我们的估计一致，即该质量（$M_\star\sim10^{10}\mathrm{M_\odot}$）的星系通常能在并合驱动的旋转翻转中存活 $\sim 2-3$ 个轨道周期。我们发现 $v_\phi/\sigma_r$ 对用于运动学分析的示踪剂高度敏感。虽然原子 HI 气体的 $v_\phi/\sigma_r \simeq 3.5$，但分子 CO 与 H$_2$ 的 $v_\phi/\sigma_r \simeq 8$。这反映了分子气体被限制于位于盘中间面附近的冷而致密的云中，而原子气体则散布于湍流更强、更延展的厚盘中。所提出的机制是一项理论提议，尚未通过恰当的统计测量得到验证，且目前仍不清楚其发生是否频繁到足以解释高红移星系中冷气体盘的多次发现。