宇宙学流体动力学模拟中的亚毫米波星系——约束反馈模型的契机

亚毫米波星系（SMGs）长期以来对理论研究者构成挑战，在大规模宇宙学流体动力学模拟中自洽地重现 SMG 族的性质尚未实现。我们利用先前模拟结合辐射转移计算导出的标度关系，基于 Illustris 与 IllustrisTNG 项目中宇宙学模拟所抽取模拟星系的恒星形成率（SFRs）和尘埃质量来预测其亚毫米波流量密度，并将预测的数密度与观测进行比较。我们发现，基于 IllustrisTNG 预测的 SMG 数密度显著低于观测值（在 $S_{850} \gtrsim 4$ mJy 处相差超过 1 dex）。原始 Illustris 项目的模拟产生的 SMG 多于 IllustrisTNG：预测的数密度在 $S_{850} \lesssim 5$ mJy 和 $S_{850} \gtrsim 9$ mJy 处均与观测一致，仅在中等流量密度处比观测低约 $\sim 2$ 倍。IllustrisTNG 中 $S_{850} > 3$ mJy 的 SMG 红移分布与观测分布一致，而 Illustris 的红移分布在显著更低红移处达到峰值（1.5 对比 2.8）。我们证明，IllustrisTNG 比 Illustris 宿主更少 SMG 的原因在于：前者中高质量（$M_{\star} \sim 10^{11} \, \text{M}_{\odot}$）的 $z \sim 2-3$ 星系比 Illustris 中拥有更低的尘埃质量和 SFR，这归因于两次模拟间恒星和/或活动星系核（AGN）反馈的子网格模型差异（我们遗憾地无法在事后隔离具体原因）。我们的结果表明，由于我们的方法能以可忽略的计算代价在后期处理中预测 SMG 数密度，SMGs 可为未来大规模宇宙学模拟中子网格模型的调参提供有用约束。