带改进引力动力学的星团形成、演化与破坏——基于模拟矮星系的研究

迄今为止，即便是最高分辨率的星系形成仿真（即使带引力软化）也未能再现星团的真实生命周期。我们首次提出了星-星级的星系模型，以考虑流体力学、星形成、星演化以及星与致密残骸之间碰撞性引力相互作用，使用更新的 SPHGAL+KETJU 代码（隶属于 GRIFFIN 项目）。对于质量大于 $>3$ M$_\odot$ 的星及其残骸的引力动力学采用无引力软化的正规化积分器（KETJU）求解。将理想化星团演化与 SPHGAL+KETJU 和直接 N 体仿真进行比较，结果显示广泛一致，且使用引力软化的仿真失败。在使用 SPHGAL+KETJU 对理想化矮星系进行流体仿真时，质量约900 M$_\odot$ 的星团形成紧凑（有效半径 0.1-1 pc），其尺寸增加至原来的十倍，这与先前的 N 体仿真和暴露星团的观测尺寸一致。一旦星团暴露，光子电离辐射会使其尺寸迅速增大。在星系潮汐场中，平均63%的引力束缚星团在前100 Myr 内破坏。碰撞动力学的加入会使束缚星团中超新星比例降低约1.7倍，但整体星形成和外流历史变化不足30%。我们证明，准确处理大质量星的引力相遇，使从星团形成的最初阶段到在模拟低质量星系中破坏的整个生命周期，能够更真实地再现星团的演化。