IllustrisTNG 模拟中基本平面关系的红移演化

我们研究了 IllustrisTNG-100 模拟（TNG100）中早型星系的基本平面（FP）从红移 $z=0$ 到 $z=2$ 的演化。我们发现，早在 $z=2$ 时就已经存在紧密的平面关系。在此红移范围内，其弥散度始终低至 $\sim 0.08$ dex。该平面的两个斜率参数 $b$ 和 $c$（其中 $R \propto \sigma^b I^c$，$R$、$\sigma$ 和 $I$ 分别为典型尺度、速度弥散度和面亮度）自 $z=2$ 以来温和演化，大致与观测一致。FP 残差 $\rm Res$（$\equiv\,a\,+\,b\log \sigma\,+\,c\log I\,-\,\log R$，其中 $a$ 为 FP 的零点的）被发现与恒星年龄强相关，表明恒星年龄可作为 FP 的关键第四参数。然而，我们发现 $4c+b+2=\delta$，其中 TNG 中的 FP 有 $\delta \sim 0.8$，而非通常观测推断的零。这意味着 TNG100 模拟中不存在动力学质光比 $M_{\rm dyn}/L$ 与动力学质量 $M_{\rm dyn}$（其中 $M_{\rm dyn}\equiv 5\sigma^2R/G$，$G$ 为引力常数）之间的紧密幂律关系。恢复此种关系需要暗物质与重子物质之间的适当混合，以及恒星在正确质量尺度上以正确效率形成。这代表了对数值模型的强约束，未来流体动力学模拟必须满足该约束。