高红移富气湍流盘：通过三维“重子晃动”形成厚恒星盘

为回应近期来自 JWST 和 ALMA 的观测结果，我们利用 AGAMA/Ramses 流体动力学 N 体框架（Nexus），在广泛的盘气体比例（$f_{\rm gas} = 0-100\%$）范围内，探索了一类新的动力学自洽模型，该模型模拟了银河系的一个可能前身。高气体面密度促进了剧烈的恒星形成，这反过来又与气体耦合以驱动湍流。我们证明，这种通过动量反冲的耦合驱动了“重子晃动”，即重子势能最小值相对于总引力势中心 $\Phi_{\rm tot}$ 的随机游走。整体运动的幅度取决于反馈的强度，而反馈强度又与 $f_{\rm gas}$ 直接相关。在最极端的情况下，当气体是盘势能的唯一贡献者时（$f_{\rm gas}=100$%），在 $\Phi_{\rm tot}(R,\phi,z)$ 内，游走的幅度可达 $R\approx 5$ kpc 和 $\vert z\vert \approx 1$ kpc。与观测一致，在 $R_s=2.2 R_{\rm disc}$ 范围内，盘主导暗物质（$f_{\rm disc}\gtrsim 50$%），其中 $R_{\rm disc}$ 是指数盘标长。对于较低的 $f_{\rm disc}$ 和/或 $f_{\rm gas}$，三维晃动幅度和速度会减小。强反馈（使盘变得松散）和晃动的结合导致新形成的恒星受到动力学加热，并沉降为一个空间上更延展的盘族。三维加热过程是各向同性的，但由于恒星形成盘初始的动力学冷态，其效应在 $\vert z\vert$ 方向上更为显著。这样一个盘具有增强的 [α/Fe] 恒星丰度，并且在恒星年龄和金属丰度上存在垂直（但无径向）梯度，这两点都与银河系的厚恒星盘一致。与早期论断相反，在一个静止湍流盘中的恒星形成并$不$会产生厚恒星盘。