走私:用新的恒星反馈框架建模星系形成

计算机模拟的类似银河系的星系

这是一个计算机模拟的类似银河系的星系。天文学家对以前的代码进行了改进,现在可以更准确地包括尘埃、氢分子、辐射对恒星形成的反馈等过程,这标志着星系演化建模的重大进展。资料来源:坎南等人,2020年

理解星系的形成和演化是困难的,因为除了引力之外,还有许多不同的物理过程牵涉其中,包括恒星的形成和恒星辐射、星际介质中气体的冷却、吸积黑洞的反馈、磁场、宇宙射线等等。

天文学家使用计算机模拟星系的形成,以帮助理解这些过程的相互作用,并解决目前还不能通过观测回答的问题,比如宇宙中第一个星系是如何形成的。星系形成的模拟需要同时对所有这些不同的机制进行自一致的建模,但关键的困难是它们在不同的空间尺度下运行,几乎不可能同时正确地模拟它们。

例如,气体从星系间介质流入一个星系,会跨越数百万光年,恒星的风会影响数百光年,同时黑洞来自它吸积盘的反馈发生在千分之一光年的尺度上。

非洲金融共同体天文学家拉胡尔·坎南(Rahul Kannan)和拉尔斯·赫恩奎斯特(Lars Hernquist)和他们的同事开发了一个新的计算框架,该框架自一致地包含了所有这些效应。计算使用了一种新的恒星反馈框架,称为星系中的恒星和多相气体(走私),它整合了涉及辐射、尘埃、氢分子气体(星际介质的主要成分)的过程,还包括热和化学建模。走私反馈被纳入流行的模拟结构演化的AREPO流体力学代码,并有一个附加模块包括辐射效应。

天文学家使用模拟银河系对其结果进行测试,并报告与观测结果非常吻合。他们发现,辐射对恒星形成率的反馈效应是相当温和的,至少在银河系的例子中是这样的,那里的恒星形成速度只有每年2到3个太阳质量。

另一方面,他们发现来自恒星的辐射通过影响热、暖、冷物质的分布,极大地改变了星际介质的结构和加热,这与简单的预期不同。该代码在模拟尘埃温度分布方面做得很好,温暖的尘埃(如预期的那样)躺在恒星形成区域附近,而寒冷的尘埃,可能低至10开尔文,分布在更远的地方。

这些新的模拟的成功促使作者将他们的工作扩展到更精细的空间分辨率的模拟。

参考:Rahul Kannan, Federico Marinacci, Mark Vogelsberger, Laura V Sales, Paul Torrey, Volker Springel和Lars Hyabovip2021ernquist的《用辐射转移、非平衡热化学和尘埃模拟星系星际介质》,2020年10月20日,英国皇家天文学会月报
DOI: 10.1093 / mnras / staa3249

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