大质量早型星系的宇宙学尺度与速度弥散演化

我们分析了40个独立大质量星系的宇宙学再模拟，这些星系当前的恒星质量$M_{*} > 6.3 \times 10^{10} M_{\odot}$，旨在研究自红移$z \approx 2$以来观测到的星系尺寸显著增大和恒星速度弥散下降的物理起源。目前，40个星系中有25个处于宁静状态，其结构参数（尺寸和速度弥散）与本地早型星系一致。在$z=2$时，所有模拟星系中质量$M_* \gtrsim 10^{11}M_{\odot}$的星系（40个中的11个）都是致密的，其投影半质量半径约为0.77（±0.24）kpc，投影半质量半径内的视线速度弥散约为262（±28）km s$^{-1}$（其中11个中的3个已处于宁静状态）。与高红移观测到的致密早型星系类似，模拟星系明显偏离了局域的质量-尺寸和质量-速度弥散关系。向红移零演化时，尺寸增大了约5-6倍，遵循$R_{1/2} \propto (1+z)^{\alpha}$，其中宁静星系的$\alpha = -1.44$（所有星系的$\alpha = -1.12$）。自$z \approx 2$以来，速度弥散下降了约三分之一，遵循$\sigma_{1/2} \propto (1+z)^{\beta}$，其中宁静星系的$\beta = 0.44$（所有星系的$\beta = 0.37$）。模拟的尺寸和速度弥散演化与观测结果以及$z\lesssim 2$时恒星系统后续吸积并合的结果吻合良好，这是层级结构形成的自然结果。相当数量的模拟大质量星系（40个中的7个）没有经历质量比大于1:4的并合（通常被认为是主并合）。平均而言，主要的吸积模式是恒星次并合，其质量加权质量比为1:5。（摘要缩减版）