Illustris 模拟中星系的恒星形成主序与恒星质量组装

理解驱动恒星形成的物理过程是星系形成模型面临的关键挑战。在本文中，我们研究了给定红移处星系恒星形成率 (SFR) 与恒星质量之间的紧密相关性、晕增长如何影响恒星形成，以及单个星系的恒星形成历史。我们利用 Illustris 这一最先进的星系形成宇宙学流体动力学模拟来研究这些课题。Illustris 重现了红移 z=0 和 z=4 处观测到的 SFR 与恒星质量之间的关系（即恒星形成主序；SFMS），但在 z~2 的中间红移处，模拟的 SFMS 归一化显著低于观测报告的值。该关系的弥散与观测到的弥散一致。然而，Illustris 中位于 SFR-恒星质量关系之上的离群值比例低于观测值。晕质量约为 ~10^{12} 太阳质量的星系主导了宇宙的 SFR 密度，这与丰度匹配的结果一致。此外，质量更大的星系倾向于在高红移处形成其大部分恒星，这表明 Illustris 中发生了“由上而下” (downsizing) 现象。我们还研究了单个星系的恒星形成历史，包括使用主成分分析分解。我们发现，对于固定的恒星质量，形成较早的星系在 z=0 时拥有质量更大的黑洞，这表明在 Illustris 中恒星形成与黑洞增长是紧密关联的过程。虽然 Illustris 模拟很好地重现了正常恒星形成星系的许多属性，但要形成现实的星暴种群，可能需要更高的分辨率，以及可能对恒星和黑洞的恒星形成与反馈进行更复杂的处理。