THESAN 项目：再电离时期的星系大小

我们利用宇宙学辐射-磁流体动力学模拟套件 THESAN(-HR) 研究了红移 $z\gtrsim 6$ 处的星系大小。这些模拟同时捕捉了大尺度星系际介质的再电离和分辨出的星系性质。模拟星系的内禀大小 ($r^{\ast}_{1/2}$) 在恒星质量 $M_{\ast} \lesssim 10^{8}\,{\rm M}_{\odot}$ 时随质量适度增加，而在更大质量时快速减小，导致在 $M_{\ast}\sim 10^{8}\,{\rm M}_{\odot}$ 处出现一个对红移不敏感的驼峰特征。低质量星系处于大小增长的初始阶段，更符合一个由反馈驱动气体外流与冷流入相竞争的球壳模型。相比之下，大质量星系更符合盘形成模型。它们通常会经历一个快速致密化和气体耗尽的阶段，这可能是由内部盘不稳定性而非外部过程驱动的。我们在 THESAN-1 的 $(95.5\,{\rm cMpc})^{3}$ 体积内，于 $z\simeq 6$ 处识别出四个致密的宁静星系，它们的淬灭发生在达到一个特征恒星面密度之后，类似于宇宙正午时的大质量致密星系。与观测相比，我们发现，在 $6 \lesssim z \lesssim 10$ 处，对于 $M_{\ast}\lesssim 10^{9}\,{\rm M}_{\odot}$ 或 $M_{\rm UV}\gtrsim -20$ 的星系，模拟星系的紫外有效半径 ($R^{\rm UV}_{\rm eff}$) 中值至少比观测值大三倍。这种与内禀大小-质量关系的驼峰特征相关的不一致性，在许多其他采用不同星系形成模型的宇宙学模拟中也持续存在，并展示了利用星系形态来约束高红移星系形成物理的潜力。