理想化流体动力学星系模拟参数到棒状结构属性的映射：以RAMSES代码为例的案例研究
Mapping parameters of idealised hydrodynamic galaxy simulations to bar properties: a case study with the RAMSES code
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中文总结 AI 辅助
本研究通过RAMSES理想化模拟，识别出高Romeo-Falstad和广义ELN参数抑制棒状结构形成，并指出角动量灾难可能持续存在，仅重子主导盘能形成足够大的棒。
中文摘要 AI 辅助
具有高空间分辨率的宇宙学模拟通常难以重现观测到的星系棒状结构随红移的分布比例，并且可能产生过短的棒状结构。为了从纯牛顿动力学角度研究这些问题，我们使用RAMSES代码运行了一组理想化流体动力学模拟，模拟了恒星质量约为$\sim10^{10},{\rm M}_\odot$的盘状星系。在没有冷却、恒星形成或反馈的情况下，我们改变分辨率、气体质量、恒星速度弥散、核球质量、暗物质晕质量以及浓度，以识别抑制棒状结构形成的条件。我们测试了初始轴对称盘在$z\sim1$至$z\sim0.2$之间的典型时间跨度内是否形成棒状结构。我们发现，文献中提出的大多数诊断指标过于简单，无法可靠预测棒状结构的形成。然而，我们确定了一个强烈抑制棒状结构形成的参数空间区域：高Romeo-Falstad稳定性参数（其阈值随核球质量呈二次方下降），结合考虑了核球的高广义Efstathiou-Lake-Negroponte（ELN）参数。较低的气体比例和较多的暗物质粒子数量也倾向于降低棒状结构的增长率。我们认为，如果棒状结构在星系进入该抑制区域后被摧毁（例如由于核球形成），则重新形成可能很困难。这表明现代版本的角动量灾难可能仍然存在于大体积宇宙学模拟中。最后，我们确认，只有偏离丰度匹配所预期的恒星-晕质量关系的重子主导盘，才能形成相对于其共转半径足够大的棒状结构。
英文摘要
Cosmological simulations with high spatial resolution often struggle to reproduce the observed fraction of galactic bars across redshift and may produce bars that are too short. To investigate these issues from a purely Newtonian dynamical perspective, we run a grid of idealised hydrodynamic simulations of disc galaxies with stellar masses of $\sim10^{10},{\rm M}_\odot$ using {\tt RAMSES}. Without cooling, star formation, or feedback, we vary the resolution, gas mass, stellar velocity dispersion, bulge mass, halo mass, and concentration to identify the conditions that inhibit bar formation. We test whether initially axisymmetric discs form bars over the typical time elapsed between $z\sim1$ and $z\sim0.2$. We find that most diagnostics proposed in the literature are too simplistic to reliably predict bar formation. However, a region of parameter space that strongly inhibits bar formation is identified: a high Romeo-Falstad stability parameter, with a threshold that decreases quadratically with bulge mass, combined with a high generalised Efstathiou-Lake-Negroponte (ELN) parameter that accounts for the bulge. Lower gas fractions and larger numbers of dark matter particles also tend to reduce the bar growth rate. We argue that if a bar is destroyed, for example by bulge formation, after the galaxy enters this bar-inhibiting region, re-formation may be difficult. This suggests that a modern version of the angular momentum catastrophe may persist in large-volume cosmological simulations. Finally, we confirm that only baryon-dominated discs lying away from the stellar-to-halo-mass relation expected from abundance matching can form bars sufficiently large relative to their corotation radius.
发表机构
- Laboratoire d’Astrophysique, EPFL（洛桑联邦理工学院天体物理实验室）
- Université de Strasbourg, CNRS, Observatoire astronomique de Strasbourg（斯特拉斯堡大学、法国国家科学研究中心、斯特拉斯堡天文台）
机构由 AI 辅助整理，请以论文原文为准。
