星系盘对暗物质晕子结构的影响

According to the standard cold dark matter (CDM) scenario, the expected number of substructures around the Milky-Way-like halos is much larger than the observed number of satellites. Results from simulation show that first galaxies merge with the main halo at quite early time, there should still be more than 20 remnants orbiting within the central ~30 kpc/h of the Milky Way. But only six known satellites could be observed. How to explain such discrepancy is a puzzle for current model. Nevertheless, the above conclusion is fully based on pure dark matter simulation, without disk properly considered. The key point of our project is that we could take full advantage of the numerical simulation, by designing a series ideal experiments, to study dynamic properties when disk galaxy and substructures interacting with each other. With this new knowledge and that from conventional cosmological simulation and observation, we could know more about the earliest star formation and early reionization age.

在冷暗物质宇宙学的图景下，银河系所在大小的暗物质晕中的子结构的数目，远远多于目前观测到的银河系的卫星星系数目。数值模拟的结果显示，第一代星系较早地经历并和过程，今天距离银河系中心30 kpc/h的范围内应该仍存留20个左右其存留物，但是我们银河系此距离范围内可观测到的矮星系的数目只有6个。如何解释这一差异，成为当前模型的一个疑难。但是上述结果是基于纯暗物质模拟得到的，并没有考虑暗物质晕中星系盘的存在对子结构演化和分布的影响。针对这一问题，本项目拟利用数值模拟的优势，通过设计一系列的理想试验研究星系盘和暗物质晕中的子结构相互作用的动力学性质。结合传统的宇宙学数值模拟和目前观测结果，利用这些第一代星系存留物中恒星的金属丰度同其他星系中恒星具有显著不同的特性，通过统计其空间分布可为我们了解宇宙早期恒星形成、宇宙再电离过程提供良好的途径。

冷暗物质宇宙学模型（LCDM）作为成功的理论框架，能够预言和解释宇宙大尺度结构及其随时间演化。但是在小尺度范围，LCDM模型仍然面临许多挑战。例如银河系所在大小的暗物质晕中的子结构的数目，远远多于目前观测到的银河系的卫星星系数目。数值模拟的结果显示，今天距离银河系中心40 kpc 的范围内应该仍存在24个左右的卫星星系，但是我们银河系此距离范围内可观测到的矮星系的数目只有12个。如何解释这一差异，成为当前模型的一个疑难。这就要求我们通过更好地理解重子物理过程，其他暗物质模型或两者兼而有之，才能应对目前观测上的挑战。但是上述结论的得出是基于纯暗物质模拟得到的，并没有考虑暗物质晕中星系盘的存在对子结构演化和分布的影响。针对这一问题，我们在博士后期间的研究工作利用数值模拟的优势，通过设计一系列高精度的理想试验研究星系盘和对卫星星系存活的影响，以及同暗物质晕中的子结构相互作用的动力学性质。结合传统的宇宙学数值模拟和目前观测结果，通过统计其空间分布可为我们了解星系盘对卫星星系的性质与演化提供更好的途径。