The formation of disc galaxies in high resolution moving-mesh cosmological simulations
我们目前的宇宙学流体动力学模拟八个银河系大小的晕，以前研究的暗物质只有在宝瓶座项目。第一次，我们采用移动网格代码AREPO变焦模拟结合一个全面的模型为大0宇宙学模拟设计的星系形成物理。我们的模拟形式在大多数的八个晕强烈盘主导的系统与现实的旋转曲线，接近指数表面密度分布，恒星质量晕质量比，符合预期的丰度匹配技术，和星系的大小和年龄符合预期的大型星系调查在本地宇宙。在我们的模拟中，没有任何暗物质核心形成的证据，即使如此，它们包括由超新星驱动的风和黑洞类星体反馈的重复重子外流。对于我们的一个晕，即最近“Aquila”代码比较项目中研究的物体，我们用我们的技术进行了分辨率研究，涵盖质量分辨率为64的动态范围。在我们的反馈参数没有任何变化的情况下，最终的星系属性是令人放心的相似，与该领域中使用的其他建模技术相比，这些技术本质上取决于分辨率。在我们的星际介质处理的背景下，在生产现实的盘星系的成功达到，而不诉诸于一个高密度的恒星形成阈值，低恒星形成效率，或早期恒星反馈，其他最近的数值研究被认为是至关重要的因素盘形成。
2013-11-06 astro-ph.CO astro-ph.GA
Star formation in mergers with cosmologically motivated initial conditions
我们使用半解析模型和宇宙学合并树来提供多合并数值流体动力学模拟的初始条件，并利用这些模拟来探索星系相互作用和合并对恒星形成（SF）的影响。我们计算从z=1.5到z=0的12棵合并树的数值实现。根据最近的观测和星系形成模型的预测，我们包括了所有星系周围的大热气晕的影响。我们发现，包括热气晕有一些重要的影响。首先，正如预期的那样，由于热晕的冷却和冷气体库的补充，长时间尺度上的恒星形成率增加。其次，我们发现，从长远来看，相互作用并不总是增加SF。这部分是由于轨道星系将引力能量转移到热气体晕并提高其温度。最后，我们发现，相对大小的星暴，包括热晕，是远远小于以前的研究表明。我们的模拟还表明，相互作用的顺序和时间对星系的演化很重要。当多个星系同时相互作用时，SF增强小于星系串联相互作用时。所有这些效应都表明了在星系演化模型中包括热气体和宇宙学动机的合并树的重要性。
2015-07-06 astro-ph.CO astro-ph.GA
Constraining Cosmological and Astrophysical Parameters with the Cosmic Star Formation History
Universidade Federal do Rio Grande do Sul（南里奥格兰德联邦大学）；Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais（国家空间研究所）
本文利用恒星形成率密度作为补充探针，结合BBN数据和BAO数据，提高了对H0和暗能量方程状态参数w的约束精度，并展示了SFRD在不同暗能量场景中的鲁棒性。
2026-04-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
Cosmological Constraints on the Global Star Formation Law of Galaxies: Insights From Baryon Acoustic Oscillation Intensity Mapping
线强度测绘（LIM）最初被提议作为大尺度结构的宇宙学探测器，它也为研究星系演化的天体物理学提供了一个独特的窗口。除了传统上专注于小的，非线性尺度的LIM技术的天体物理探索，我们提出了一种新的方法来研究全球恒星形成规律，使用即将到来的数据从大尺度重子声学振荡（BAO）强度映射。利用BAO尺度上的重子分数波动引起的B-level但依赖于尺度的偏置的幅度，我们表明，结合两个（或多个）LIM信号的自相关和互相关功率谱可以探测恒星形成定律的功率指数$\mathcal{N}$。我们研究的前景映射H $α$和[OIII]线在所有的尺度，特别是在重子分数偏差的印记存在，与空间任务，如SPHEREx。我们表明，虽然SPHEREx可能只能通过在其200度$^2$深度调查中访问适度数量的大尺度模式来勉强探测$\mathcal{N}$，但未来的红外全天空调查将以更高的光谱分辨率达到可比的深度（$R \gtrsim 400$）可能将$\mathcal{N}$约束到10 $-$ 30%的精度，足以区分具有不同反馈假设的模型，输出到$z\sim4$。利用这一效应，在遥远的未来，大规模的宇宙方差有限的LIM调查可以仔细研究星系演化和大尺度宇宙学环境之间的物理联系，同时对标准宇宙学模型进行严格的测试。
2022-05-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
Effect of the cosmological transition to metal-enriched star-formation on the hydrogen 21-cm signal
用21厘米断层扫描技术绘制宇宙黎明，为了解原始恒星形成时代提供了一个令人兴奋的新窗口。然而，由于问题的多尺度性质，恒星形成过程和相关的21厘米信号的自洽实现是具有挑战性的。在这项研究中，我们开发了一个灵活的半分析模型，以遵循第一批恒星的形成和从原始恒星逐渐过渡到金属富集恒星形成的过程。对于这种过渡，我们使用不同的场景，在第一颗超新星和第二代恒星形成之间具有不同的时间延迟（或恢复时间）。我们使用的恢复时间在10到100万年之间，发现这些延迟对红移有很大的影响，在红移处发生向富含金属的恒星形成的转变。然后，我们探讨了这种转变对21厘米信号的影响，并发现恢复时间在信号中有一个独特的印记。随着对这一时间延迟与星族~III恒星性质关系的进一步理解，未来的21厘米观测可以对恒星形成的最早时期给出独立的约束。
2021-10-29 astro-ph.CO astro-ph.GA
Self-consistent proto-globular cluster formation in cosmological simulations of high-redshift galaxies
我们报告了在FIRE项目中z>5星系的高分辨率宇宙学放大模拟样本中束缚星团的形成。我们发现，束缚星系团优先在气体表面密度超过10^4 Msun pc^-2的高压云中形成，在那里，云尺度的恒星形成效率接近1，在这些区域诞生的年轻恒星在诞生时受到引力束缚。这些高压云被反馈驱动的风和/或高度富含气体的湍流环境中较小云/气流的碰撞压缩。新形成的团簇遵循幂律质量函数dN/dM~M^-2。在恒星质量为10^7-10^10兆太阳的星系中，团簇形成的效率在z>5时是相似的。星团恒星的年龄分布通常是几百万年，并随着星团质量的增加而增加。在[Z/H]上，团簇成员的金属丰度离散度约为0.08 dex，对团簇质量的依赖性不明显。我们的发现支持了这样一种假设，即现今的古老球状星团（GC）是在高红移星系中相对正常的恒星形成过程中形成的。用更严格/更宽松的恒星形成模型进行模拟，形成了一个因子，即每形成一个恒星质量，就会有更多/更少的束缚星团，而质量函数的形状不变。在模拟中，较低的局部恒星形成效率会在束缚星团中形成更多的恒星。由于有限的分辨率，模拟的集群比观察到的GC大。我们的模拟是第一个宇宙学模拟，在广泛的高红移星系中形成自洽的束缚星系团。
2020-02-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
Cosmological simulations: a tool for understanding the formation of large scale structure and connection with the Newtonian cosmology
在这项工作中，我们研究的宇宙学模拟作为一种工具，以了解宇宙的大尺度结构的形成，为此，我们证明了牛顿宇宙学与泊松规范的等价性，我们研究了Einstein的场方程的解决方案，这种规范。模拟对于考虑宇宙学模型的结果至关重要，可以将结果与观测数据进行比较。从少体系统到丝状体和星系晕等非线性大尺度结构的演化和形成，N体模拟都得到了广泛的应用。
2014-09-03 astro-ph.GA
Cosmological formation and chemical evolution of an elliptical galaxy
我们的目的是研究宇宙学动机的气体落入法形成一个巨大的椭圆星系的影响，以了解其对形成的球状体的影响。我们取代经验的下落法的模型Pipino和Matteucci与宇宙学推导的下落法形成的椭圆星系。我们用观察来证明我们的预测。我们还比较了Pipino和Matteucci的结果。我们计算了有和没有银河风的模型：我们发现，没有风的模型预测了一个太大的电流SNIa率。特别是，宇宙学模型产生的电流SNIa比观测值高出约10倍。此外，没有风的模型预测当前的SNII率很大，即使与最近的GALEX数据相比也太大了。另一方面，如果与GALEX给出的恒星形成历史相比，预测的有风模型的SNII速率太低。最后但并非最不重要的是，在模拟星系的主要恒星星族的[Mg/Fe]比的平均值，宇宙学模型预测，是太低，如果与观测相比。这是一个非常重要的结果，表明宇宙学的下落定律与化学演化相反。从宇宙学导出的椭圆星系的下落定律不能再现观测所给出的所有化学约束。问题在于，宇宙学推导出的下落定律意味着缓慢的气体吸积，因此恒星形成率在很长一段时间内都很活跃。在这种情况下，低[Mg/Fe]比产生的占主导地位的恒星星族在一个典型的椭圆，在与观测的差异。
2009-02-16 astro-ph.GA
A model for star formation in cosmological simulations of galaxy formation
提出一个包含多气相与金属含量的恒星形成模型，通过求解五个耦合微分方程追踪气云演化，揭示分子分数与初始气体密度及SFR间的正相关关系。
2021-06-09 astro-ph.GA
ALP Dark Matter, Cosmological Magnetic Fields and the Direct Collapse Black Hole Formation Scenario
Institute of Science Tokyo（东京科学大学）；McGill University（麦吉尔大学）
本研究探讨ALP暗物质与宇宙磁场相互作用如何产生足够的里曼-韦纳光子通量，从而支持直接坍缩黑洞形成模型。
2026-02-25 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Cosmological Evolution of Long Gamma-ray Bursts and Star Formation Rate
伽马射线暴（GRB）由于其高亮度，可以探测到非常高的红移，因此可以是早期宇宙的优秀探针。这一任务的阻碍是，它们的大多数特征具有广泛的范围，因此我们首先需要获得这些特征的分布的准确描述，特别是它们的宇宙学演化。我们使用了大约200个已知红移的\swift长伽玛暴的样本来确定亮度和形成速率的演化以及亮度函数的一般形状。与处理该问题的大多数其他前向拟合方法相反，我们使用Efron Petrosian方法，该方法允许对上述量进行非参数确定。我们发现一个相对较强的光度演化，光度函数，可以拟合到一个破碎的幂律，和一个异常高的形成率在低红移，一个比恒星形成率（SFR）高出一个数量级以上的速率。另一方面，我们的结果似乎同意在红移1到3的几乎恒定的SFR和下降超过这个红移。
2015-04-06 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Cosmological simulations of galaxy formation with cosmic rays
我们研究宇宙射线的动力学影响的星系形成的宇宙学模拟使用自适应网格细化模拟的$10^{12}$太阳质量晕。与以前的工作一致，仅使用我们的标准热能反馈模型的运行会导致大量的球体和不切实际的峰值旋转曲线。然而，添加一个简单的双流体模型的宇宙射线大大改变了形成盘的形态。我们包括一个各向同性的扩散项和一个源项与恒星形成由于（未解决的）超新星驱动的冲击。在很宽的扩散系数范围内，CR产生薄的、扩展的盘，具有明显更真实的（尽管仍然不是平坦的）旋转曲线。我们发现，CR的扩散是这一过程的关键，因为它们逃脱了密集的恒星形成的团块，并在更弥漫的ISM内驱动外流。
2014-12-01 astro-ph.GA
Physical Models of Galaxy Formation in a Cosmological Framework
在宇宙学背景下模拟星系形成是当今天体物理学中最大的挑战之一，这是由于涉及的尺度范围很广，物理过程也很多。在这里，我们回顾了目前的现状模型，采用两种领先的技术来模拟物理学的星系形成：半解析模型和数值流体动力学模拟。我们专注于一组观测目标，描述了从大致宇宙正午（$z\sim 2-3$）到现在的星系的全球和结构特性的演变。尽管仍存在微小的差异，但总体而言，模型显示出不同方法之间的显著收敛性，并使预测与观测结果在定性上一致。模拟者似乎已经集中在一组核心物理过程上，这些过程对塑造星系特性至关重要。这个核心集包括宇宙吸积、在低质量时更有效的强恒星驱动风、优先抑制高质量恒星形成的黑洞反馈，以及通过合并和环境过程的结构和形态演化。然而，目前所有的宇宙学模型都采用了许多这些核心过程的现象学实现，这些过程必须根据观测进行调整。这些不同的过程如何相互作用的层次结构形成设置的许多细节仍然知之甚少。新兴的多尺度模拟有助于弥合恒星尺度和宇宙尺度之间的差距，将模型置于更坚实、更有物理基础的基础上。同时，即将到来的望远镜设施将为模型提供新的挑战和限制，特别是通过观测星系内和周围的气体直接限制流入和流出。
2014-12-08 astro-ph.GA
An alternative method to generate pre-initial conditions for cosmological $N$-body simulations
目前，网格和玻璃方法是产生均匀颗粒分布（即，前初始条件）的宇宙学$N$体模拟。在这篇文章中，我们介绍了一种替代方法，称为容量约束Voronoi曲面细分（CCVT），它起源于计算机图形学。作为几何平衡态，CCVT粒子构型满足两个约束：（i）与每个粒子相关联的Voronoi胞的体积相等;（ii）每个粒子处于其Voronoi胞的质心位置。我们发现CCVT组态是均匀的和各向同性的，完全遵循最小功率谱$P(k)\propto k^4$，并且在引力相互作用下是相当稳定的。在制作CCVT的过程中加入周期性边界条件是很自然的，因此，我们可以通过平铺小的周期性CCVT来获得更大的CCVT。当应用CCVT预初始条件的宇宙学$N$体模拟，我们表明，它起到良好的网格和玻璃方案。CCVT方法将有助于研究宇宙学模拟中预初始条件的数值收敛性。它也可以用来设置预初始条件的光滑粒子流体动力学模拟。
2018-08-31 astro-ph.CO astro-ph.GA physics.comp-ph
External versus internal triggers of bar formation in cosmological zoom-in simulations
大尺度恒星棒的出现是盘星系中最引人注目的特征之一。通过最先进的宇宙学放大模拟，我们研究了在完全宇宙学背景下，包括气体耗散，恒星形成和超新星反馈的物理学的银河系类星系酒吧的形成和演化。我们的目标是确定非轴对称扰动的实际触发，导致在z=0的模拟中观察到的强杆，区分内部/长期与外部/潮汐起源。为此，我们运行了一套宇宙学放大模拟，改变了星系-卫星相互作用的原始历史，当时主星系虽然已经是棒不稳定的，但还没有任何非轴对称结构。我们发现，一个较晚的小合并和一个密切的飞越的主要影响是延迟酒吧的形成时间，这两个动力学事件并不直接负责酒吧的发展，并没有显着改变其全球性的属性（例如，其最终的扩展）。我们的结论是，一旦光盘已经成长到一个大到足以维持全球非轴对称模式的质量，那么酒吧的形成是不可避免的。
2018-07-20 astro-ph.GA
Modeling Galaxy Formation in Cosmological Simulations with CRK-HACC
Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）；Northwestern University（西北大学）
CRK-HACC框架扩展了子网格模型以模拟辐射冷却、恒星形成和AGN反馈，用于在宇宙学模拟中自洽建模星系形成。
2025-11-26 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Formation and evolution of globular clusters in cosmological simulations
在一系列的三篇论文中，我们介绍了一个新的团簇形成模型，该模型描述了高分辨率宇宙学模拟中星团的形成、增长和破裂。我们在银河系大小的星系上测试了这个模型，发现年轻大质量星系团的各种性质，如质量函数和形成效率，与当地宇宙中的观测结果一致。有趣的是，大多数大质量的星团--球状星团候选者--都是在主要的合并事件中优先形成的。我们跟踪星系团在银河潮汐场中的动力学演化。由于潮汐扰动，团簇质量函数从初始的幂律演化为峰值形状。在$z=0$处幸存的簇显示出从-3到-0.5的宽范围的金属度[Fe/H]。一个强大的预测模型是年龄-金属丰度的关系，其中富含金属的集群系统比贫金属集群年轻高达3 Gyr。
2019-08-02 astro-ph.GA
Cosmological structure formation in scalar field dark matter with repulsive self-interaction: The Incredible Shrinking Jeans Mass
标量场暗物质（SFDM）由超轻（$\gtrsim 10^{-22}$ eV）玻色子组成，是标准的无碰撞冷暗物质（CDM）的替代品，在大尺度上类似CDM，但抑制小尺度结构的形成。作为一种玻色-爱因斯坦凝聚体，它的自由场（“模糊”）极限（FDM）抑制了德布罗意波长$λ_\text{deB}$以下的结构，产生了中心半径为$\simλ_\text{deB}$的维里化晕，被类似CDM的包络包围，以及在小尺度上具有尖锐截止的晕质量函数（HMF）。当$R_\text{TF} > λ_\text{deB}$处于足够强的排斥性自相互作用（SI）时，结构反而在低于P-Fermi（TF）半径$R_\text{TF}$（SI压力支持的（$n=1$）多面体的大小）时被抑制。以前，我们开发的工具来描述SFDM动力学的尺度以上$λ_\text{deB}$，并表明，SFDM-TF晕形成的Jeans不稳定崩溃从非宇宙学的初始条件下有$R_\text{TF}$大小的核心，周围的CDM样信封。重新审视SFDM-TF在宇宙学的背景下，我们模拟晕的形成宇宙学的陷落和崩溃，并从线性微扰理论产生宇宙学的初始条件和预测的结构形成，如HMF的统计措施，推导出其传递函数。由于FDM和SFDM-TF传递函数都有小尺度截止值，我们可以将它们对齐，让FDM上的观测约束代替SFDM-TF，发现具有粒子质量$1 \lesssim m/(10^…
2021-11-03 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Tracing the History of Obscured Star Formation with Cosmological Galaxy Evolution Simulations
本文利用 SIMBA 宇宙学模拟研究尘埃遮蔽恒星形成的宇宙学演化，发现 z>2 时遮蔽比例随红移显著增加，且更高质量星系遮蔽比例更高，并指出尘埃遮蔽恒星形成历史在 z~2-3 达到峰值。
2024-01-12 astro-ph.GA
Star Cluster Formation in Cosmological Simulations. II. Effects of Star Formation Efficiency and Stellar Feedback
在宇宙学模拟中，恒星形成和恒星反馈的实现在塑造星系性质方面起着关键作用。在该系列的第一篇论文中，我们提出了一种新的方法来模拟恒星形成为星团的集合。在本文中，我们通过消除吸积间隙，提高动量反馈，并引入一个亚网格的初始绑定分数，$f_i$，区分集群质量从恒星粒子质量的改进算法。我们进行了一套模拟不同的恒星形成效率每自由落体时间$ε_{\rm ff}$和超新星动量反馈强度$f_{\rm boost}$。我们发现，银河系大小的星系的恒星形成历史是敏感的$f_{\rm boost}$，这使我们能够限制其值，$f_{\rm boost}\approx5$，在当前的模拟设置。将$ε_{\rm ff}$从百分之几改变到200\%对全球星系性质几乎没有影响。然而，在较小的尺度上，星团的性质对$ε_{\rm ff}$非常敏感。我们发现，$f_i$增加与$ε_{\rm ff}$和集群质量。通过对$f_i$的依赖性，团簇初始质量函数的形状随$ε_{\rm ff}$强烈变化。成团恒星形成的比例和最大星团质量随着恒星形成率表面密度的增加而增加，这两种关系的归一化依赖于$ε_{\rm ff}$。随着$ε_{\rm ff}$的增加，团簇形成时间尺度系统地减小。气体吸积历史的局部变化导致积分团簇形成效率的0.25倍散射。来自所有观测量的联合约束更喜欢产生16%的中值积分效率的运行。
2018-06-25 astro-ph.GA
Star cluster formation in cosmological simulations. I. Properties of young clusters
我们提出了一个新的实现恒星形成的宇宙学模拟，通过考虑恒星集群作为一个单位的恒星形成。在几百万年的时间里，星系团粒子的质量以当地气体性质决定的速度增长，具有很高的时间分辨率。粒子的增长被其自身的能量和动量反馈到星际介质上而终止。我们测试这种实现的银河系大小的星系在高红移，通过比较模型集群的年轻星团的观测性能。我们发现团簇初始质量函数最好用谢克特函数来描述，而不是单一的幂律。与观测结果一致，在低质量时，对数斜率为$α\approx 1.8-2$，而在高质量时，截断值与恒星形成率成比例。一个相关的趋势是恒星形成率的表面密度和大质量星团中恒星的比例之间的正相关。这两种趋势都表明，在恒星形成的爆发期间，大质量星团的形成是首选的。这些爆发往往与重大的合并事件有关。我们还发现，团簇形成的中位时间尺度范围从0.5到4百万年，并随着恒星形成效率的增加而系统地减少。气体密度和团簇吸积速率的局部变化自然导致整体形成效率的分散，即使瞬时效率保持恒定。形成的时间尺度与观测到的年轻星团的年龄分布的比较提供了一个额外的重要约束的恒星形成和反馈方案的建模。
2016-11-07 astro-ph.GA
Seeding Black Holes in Cosmological Simulations
我们提出了一个新的宇宙学模拟中的黑洞的形成模型，第一个恒星形成的动机。黑洞形成于原始气体的高密度峰，并通过气体吸积和合并而成长。巨大的黑洞加热周围的物质，抑制星系中心的恒星形成，并驱动星系风。我们进行调查的模型参数的物理效应，并获得一个“最好的”这些参数通过比较模拟结果的观察。利用这个最佳集合，我们成功地再现了宇宙恒星的形成率历史、黑洞的质量-速度色散关系以及星系的大小-速度色散关系。黑洞的种子质量是10^3兆太阳，比以前的活动星系核宇宙学模拟中使用的小了几个数量级，但表明种子黑洞的起源是第三星族恒星的死亡。
2014-05-16 astro-ph.GA
Globular Cluster Formation and Evolution in the Context of Cosmological Galaxy Assembly: Open Questions
本文讨论了在宇宙学框架内星系形成和聚集过程中球状星团的形成和演化的一些关键问题。目前国家的最先进的观测和模拟的描述，我们简要地提到未来的研究方向。最古老的GC的年龄为$\ge$ 12.5 Gyr，形成于再电离时期。解决银河系GC的颜色星等图和直接成像的透镜原GC在z $\sim$ 6与JWST承诺进一步了解。已知球状星团中有多种恒星，它们的化学丰度各不相同。最近，在$\sim$ 2 Gyr古老的致密大质量星团中发现了这样的多星族。这表明在高红移和低红移下形成GC的共同的单一途径。GC的初始质量函数的形状仍然未知，但是对于大质量星系，幂律质量函数是有利的。最近在星系形成的背景下对GC形成的建模取得了重大进展，成功地再现了许多观测到的GC-星系标度关系。
2018-01-31 astro-ph.GA
Bulge Formation via Mergers in Cosmological Simulations
最新一代的宇宙学模拟即将首次能够解决凸起的结构。因此，我们回顾了当前宇宙学模拟中的膨胀形成状态，并讨论了在不久的将来可以通过模拟器解决的开放性问题，特别关注合并驱动的膨胀增长。长期以来，人们一直认为星系合并会在盘状星系中产生经典的凸起。然而，在这种膨胀形成模型下，冷暗物质星系形成理论中的高合并率预测了比观察到的更多的经典膨胀。此外，对星系形成的模拟仍然普遍产生过于巨大的凸起。反馈提供了一个很有前途的途径，减少合并驱动的隆起增长保持高气体分数的星系和喷射低角动量气体驱动的星系中心。在回顾了迄今为止已发表的相关研究结果后，我们使用宇宙学模拟来探索反馈在合并过程中减少甚至防止凸起增长的能力。在矮星系中，合并实际上减少了星系中心的浓度，因为恒星形成的诱导爆发驱逐了低角动量物质。这一结果显示了反馈减少中心质量增长的潜力。然而，我们也证明了，这是非常困难的，目前的恒星反馈模型再现小隆起观察到更大的盘星系，如银河系。我们认为，反馈模型需要改进，或一个额外的反馈源，如活动星系核是必要的，以产生所需的外流。
2015-11-12 astro-ph.GA
Can Cosmological Simulations Reproduce the Spectroscopically Confirmed Galaxies Seen at $z\geq 10$?
最近JWST对极端$(z>10)$红移星系的光度检测已被证明与现有的星系形成模拟模型存在强烈的矛盾，在最严重的情况下，与$ΛCDM$本身也存在矛盾。然而，这些结果都依赖于光谱学对这些距离的确认。最近，JADES巡天探测到了光谱确认红移的最遥远星系，其中有四个星系的红移在$z=10.38$和$z=13.2$之间。在本文中，我们比较模拟预测从四个大的宇宙体积和两个放大的原星团的JADES观测，以确定这些光谱确认的星系探测是否与现有的星系形成模型，或与$ΛCDM$更广泛的紧张局势。我们发现，现有的宇宙学星系形成的模型一般可以重现JADES的观测，在星系恒星质量，恒星形成率，和星系的数量密度在$z>10$。
2023-03-06 astro-ph.GA
The formation history of the Milky Way disc with high-resolution cosmological simulations
我们从观测的角度分析了一个类似银河系的星系的形成历史和运动学，从一个高分辨率的放大宇宙学模拟中，我们将其与盖亚DR 2所看到的银河系进行比较，以更好地了解银河系薄盘和厚盘的起源和演化。用GADGET-3 TreePM+SPH程序，采用多相粒子积分器（MUPPI）模型进行了宇宙学模拟。我们解开复杂的重叠恒星世代上升，从自上而下和由内而外形成的星系盘。我们调查宇宙学签名的相空间的单年龄人口和突出功能源于过去和最近的动力学扰动。在模拟中，我们确定了一颗恒星质量为$1.2 \times 10^9$ M $_\odot$的卫星，即当时恒星质量比$Δ\sim 5.5$ %，在$z \sim 1.6$处吸积，这类似于产生银河系厚盘的盖亚-香肠-土卫二合并，我们在$Δ\sim 6$发现了两颗恒星质量分别为$8.8 \times 10^8$ M $_\odot$和$5.1 \times 10^8$ M $_\odot$的合并卫星，它们相互关联恒星形成史上的一次强烈的星暴，这似乎与最近在太阳附近发现的相当相似。我们的研究结果强调，对同时代恒星星族运动学的详细研究，通过当前和未来的盖亚数据发布并与模拟协同，是解开银河系圆盘形成和演化的基础。
2021-02-04 astro-ph.GA
The metal enrichment of passive galaxies in cosmological simulations of galaxy formation
大质量的早型星系比质量较小的星系具有更高的金属丰度和更高的$α$元素与铁的比率。在半解析模型和宇宙学流体动力学模拟中，再现这些相关性一直是分层星系形成理论的一个问题。我们表明，在大规模的黑暗晕中的气体冷却淬灭的无线电模式的活动星系核（AGN）反馈的模拟自然再现观测到的趋势之间的$α$ /Fe和星系的速度色散，$σ$。对于质量较大的星系，淬灭发生得更早。因此，这些星系在$α$ /Fe被Ia型超新星稀释之前就完成了恒星的形成。对于质量大于$\sim 10^{11}~M_\odot$的星系，其$α$ /Fe与恒星质量正相关，我们发现质量-金属丰度关系呈负相关。这是一个常见的问题，在模拟中，恒星形成的大质量星系是淬火无论是类星体或无线电模式活动星系核反馈。大质量星系的前身气体冷却的早期抑制阻止了它们重新捕获以风形式喷出的浓缩气体。因此，在当前的星系形成框架中，同时再现[ $α$ /Fe]- $σ$关系和质量-金属丰度关系是困难的。
2016-10-27 astro-ph.GA
Merger-Induced Metallicity Dilution in Cosmological Galaxy Formation Simulations
观测研究显示，成对星系的气相金属丰度往往低于孤立星系。这种金属丰度不足可能是由于与星系合并相关的潮汐力和引力矩导致的低金属丰度气体流入，稀释了中心区域的金属含量。在这项工作中，我们表明，这种金属丰度稀释发生在国家的最先进的宇宙学模拟的星系形成。我们发现，稀释通常是0.1德克斯的主要合并，是明显的，在预计的分离小于$40$千秒差距。对于较小的合并，金属丰度稀释仍然存在，即使幅度显着较小。与以前的观察到的星系的分析一致，我们发现，合并是离群值从\emph{fundamental metallicity relation}，与偏差大于预期的高斯分布的残差。我们在完整的宇宙学模拟中的大样本合并也使我们有可能估计恒星形成率的增强和气体消耗时间尺度如何作为合并质量比的函数。我们确认，强烈的恒星爆发可能会发生在重大合并，但他们也可以出现在较小的合并，如果两个以上的星系参与的相互作用，在以前的工作中，在很大程度上被忽略的情况下，基于理想化的孤立合并模拟。
2018-07-16 astro-ph.GA
Cosmological Galaxy Formation Modelling in the Era of the Square Kilometre Array
Durham University（杜伦大学）；University of Edinburgh（爱丁堡大学）；Leiden University（莱顿大学）；Tianjin Normal University（天津师范大学）
本文综述了为平方公里阵列（SKA）准备的宇宙星系形成建模前沿，强调通过多尺度模拟、前向建模和AI驱动仿真器来连接物理尺度，以解释和指导SKA科学。
2026-06-25 astro-ph.GA
An observational test for star formation prescriptions in cosmological hydrodynamical simulations
最先进的星系形成的宇宙流体动力学模拟已经达到了这样一个程度，即它们的结果导致星系更加真实。尽管如此，所采用的子网格模型包括几个自由参数，如密度阈值，$n$，本地化的恒星形成气体。在这项工作中，我们调查的可能性，利用所观察到的集群性质的恒星形成（SF），以完善SF处方和约束的密度阈值参数。为此，我们测量的集群强度，相关长度和幂律指数的两点关联函数的年轻（$τ<50$ MYR）恒星粒子和比较我们的结果从HST遗产河外紫外线巡天（LEGUS）的观测。我们的模拟揭示了一个明显的趋势，较大的聚类信号和幂律指数和较低的相关长度的SF阈值增加，只有轻微的依赖于星系的属性，如恒星质量或特定的恒星形成率。总之，我们发现，所观察到的SF的聚类与SF的低阈值（$n<1$ cm $^{-3}$）不一致，并且强烈支持SF的密度阈值（$n>10$ cm $^{-3}$）的高值，例如在NIHAO项目中采用的。
2019-04-12 astro-ph.GA
Stellar orbits in cosmological galaxy simulations: the connection to formation history and line-of-sight kinematics
我们分析了恒星和暗物质的轨道，以三个有效半径的42个星系形成的宇宙学变焦模拟。盒轨道总是在中心处占主导地位，而$z$-管在较大半径处变得重要。我们连接的轨道结构的形成历史和具体功能（如磁盘，反旋转的核心，短轴旋转）在二维运动学地图。在全球范围内，快速旋转的星系与显着的最近在原位恒星形成占主导地位的$z$管。最近合并的慢旋星系有明显的盒轨道和$x$管成分。旋转，量化的$λ_R$-参数往往源于流运动的恒星在$z$-管，但有时从图形旋转。在旋转星系中观测到的$h_3$和$V_0 / σ$的反相关性可能与导致高$z$-管分数的耗散形成历史有关。对于最近合并的星系来说，原位形成的恒星、吸积的恒星和暗物质粒子占据了相似的轨道。暗物质粒子具有各向同性的速度色散。吸积星通常是径向偏置的（$β\approx 0.2 - 0.4$）。如果耗散在星系的后期组装过程中是相关的，那么原位恒星会变得切向偏置（低至$β\approx -1.0$）。我们讨论的相关性，我们的分析积分场调查和约束星系形成模型。
2015-01-05 astro-ph.GA
AEOS: Star-by-Star Cosmological Simulations of Early Chemical Enrichment and Galaxy Formation
AEOS项目通过1 pc分辨率的逐颗恒星宇宙学模拟，研究早期宇宙中化学增丰与星系形成，揭示了古老恒星化学丰度对早期核合成和星系演化的关键约束作用。
2024-12-29 astro-ph.GA
Learning the Universe with PRFM-vol: Introducing a new subgrid model for star formation in cosmological simulations
Max-Planck-Institut für Astrophysik（马克斯·普朗克天体物理学研究所）；Princeton University（普林斯顿大学）；Institute for Advanced Study（高等研究院）；Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian（哈佛与史密森尼天体物理中心）；Columbia University（哥伦比亚大学）；Flatiron Institute（平顿研究所）；Tel Aviv University（特拉维夫大学）
提出PRFM-vol亚网格模型，基于压力调节反馈调制理论，通过修改有效状态方程计算恒星形成率，在孤立星系和宇宙学模拟中验证，显著影响星系形态和恒星尺度高度。
2026-10-14 astro-ph.GA
The role of gas fraction and feedback in the stability and evolution of galactic discs: implications for cosmological galaxy formation models
高红移的恒星形成星系通常具有不规则的形态，{ \it巨块}包含高达$10^{8-9}$太阳质量的气体和恒星。巨团块的起源和演化在理论和观测上都有争议。在大多数宇宙学模拟中，高红移星系有规则的螺旋结构或短暂的团块，与许多理想化的高红移圆盘模型相矛盾。在这里，我们测试这种差异是否可以解释的低气体分数的星系在宇宙学模拟。我们提出了一系列不同气体分数的模拟，从25\%，典型的星系在大多数宇宙学模拟，到50\%，典型的观察星系在1.5 < z < 3。我们发现，气体贫乏的模型有短暂的团块，这是未绑定的，大部分被星系剪切破坏，即使有微弱的恒星反馈。相比之下，富含气体的模型即使有增强的恒星反馈，也会形成长寿的团块。这表明气体质量分数是驱动剧烈盘不稳定性和巨大团块演化的主要物理参数，在$\sim$ 10 $^8$ ~yr时间尺度上，恒星反馈校准的影响较小。许多星系形成的宇宙学模拟都有相对缺乏气体的星系盘，这可以解释为什么在这些模型中巨大的团块不存在或寿命很短。类似的重子和暗物质质量分布可以产生在$z\sim2$长寿命的团块星系，如果气体分数与观测结果更好地吻合。
2021-05-20 astro-ph.GA
The Romulus Cosmological Simulations: A Physical Approach to the Formation, Dynamics and Accretion Models of SMBHs
我们提出了一个新的实现超大质量黑洞（SMBH）的形成，动力学和吸积的大规模并行树+SPH代码，ChaNGa。这种方法改进了在完全宇宙学模拟中对SMBH的建模，允许在整个宇宙时间内对SMBH-星系共同演化进行更详细的分析。我们的计划包括新的，物理动机模型SMBH形成，动力学和星系内的下沉时间尺度，和SMBH吸积旋转支持气体。子网格参数，调节恒星形成（SF）和反馈SMBHs和SNe的优化对一组全面的z = 0星系的尺度关系，使用一种新的，多维的参数搜索。我们已经将我们新的SMBH实现和参数优化纳入一组新的高分辨率，大规模宇宙学模拟称为Romulus。我们目前的初步结果，从我们的旗舰模拟，Romulus 25，表明我们的SMBH模型的结果SF效率，SMBH质量，和全球SF和SMBH吸积的历史在高红移是一致的观察。我们讨论了SMBH物理在塑造大质量星系的演化的重要性，并显示SMBH反馈是如何更有效地调节恒星形成相比，SNe反馈在这个制度。此外，我们还展示了SMBH模型的各个方面与更常见的方法相比如何影响这种演变。最后，我们提出了一个科学的应用程序，这个计划研究的属性和时间演化的一个例子双活动星系核系统，强调我们的方法如何使模拟更好地研究星系的相互作用和SMBH合并的背景下，星系BH共同进化。
2017-06-27 astro-ph.GA
Learning the Relationship between Galaxies Spectra and their Star Formation Histories using Convolutional Neural Networks and Cosmological Simulations
我们提出了一种新的方法来推断星系恒星形成的历史（SFH），使用机器学习方法结合两个宇宙学流体动力学模拟。我们训练卷积神经网络来学习EAGLE和Illustris模型中合成星系光谱和高分辨率SFH之间的关系。为了评估我们的SFH重建，我们使用对称平均绝对百分比误差（SMAPE），它在低误差范围内充当真实百分比误差。在尘埃衰减光谱上，我们实现了高测试精度（中值SMAPE $= 10.5\%$）。包括模拟的观测噪声的影响增加了误差（$12.5\%$），然而，这通过包括噪声的多个实现来减轻，这增加了训练集大小并减少了过拟合（$10.9\%$）。我们还对观测和建模误差进行了估计。为了进一步评估泛化特性，我们将在一个模拟上训练的模型应用于另一个模拟的光谱，这只会导致误差的小幅增加（中值SMAPE $\sim 15\%$）。我们将每个训练好的模型应用于SDSS DR 7光谱，并发现比VESPA目录中更平滑的历史。这种新的方法补充了现有的SED拟合技术的结果，提供直接由最新的宇宙学模拟的结果激发的恒星形成历史。
2019-10-09 astro-ph.GA astro-ph.IM physics.data-an
