追踪圆盘介质中的多相结构：来自磁流体动力学湍流模拟的启示

圆盘介质（CGM）是围绕星系光环的稀疏气体，它在星系质子循环中发挥着关键作用。然而，其在核相和较冷、更密集的原子相之间的质量分布仍不确定。为此，我们进行了0.125--8 kpc尺度的代表性圆盘介质模拟，参数基于准星系吸收线观测。我们的模拟分辨率足以解析所有温度下声速与等压冷却时间之比的最小值为冷却长度，从而更准确地跟踪冷气体的演化。我们发现，低密度CGM气体（$3\times10^{-4}$ cm$^{-3}$）无法长期维持低于$10^4$ K的冷气体，因为其冷却时间与混合时间之比值较大。相比之下，较高密度环境（$3\times10^{-3}$ cm$^{-3}$）达到湍流多相稳态，冷相质量可达总质量的50%，仅占体积约1%。为连接大尺度宇宙模拟与小尺度pc级理想化模拟，我们探讨了不同盒子尺寸（0.125--8 kpc），并识别出关键尺度关系：具有相似$t_{\rm cool}/t_{\rm mix}$的模拟在冷气体质量分数和寿命方面表现相似。重要的是，我们发现仅对小体积区域进行抽样（减小盒子尺寸）而保持从大尺度到小尺度的湍流能量注入率不变，会人为缩短$t_\mathrm{mix}$，导致对冷气体生存的预测不准确。这意味着，小于约10 kpc尺度上的冷气体实际上在CGM的相对密集、稳态区域中形成，而非来自大尺度湍流级联的区域。