通过宇宙学数值模拟理解星系演化历史

The formation and evolution of galaxy is an important issue in astrophysics.According to the standard cosmology model, galaxies form in the potential well of dark matter halo. Thus the galaxies' evolution and formation depend the dark matter halo, and their distribution and properties are correlated to the surrounding dark matters. In recent researches, we could simulate this progress with computers. Benefit by cosmology simulation with high resolution, researchers could look into the details of galaxies' whole life. This will help us understand the physics of galaxy, explain the observational phenomenon and develop new observation method...This project tends to use hydrodynamic simulation to study the time dependency of properties of individual galaxy and their host dark matter halos, which could help us investigating the details of galaxy's formation and evolution. In hydrodynamic simulation, we could produce population of galaxies and dark matter halos simultaneously. Then we could calculate the galaxy population and halos.precisely, including their position, shape, star formation rate, color, magnitude, spin, mass, density profile, mass accretion history and merging history. Important information could be derived by analyzing these properties. Formal researches mainly focus on the ensemble statistic of galaxies and halos at each epoch . Our research will explore every single merger tree and discuss the curvature of their property changes, which could provide us more details and constrains on the galaxy formation.

星系的形成演化过程是天体物理学中的一个重要问题。按照标准模型，星系在暗物质晕的势阱中形成，其形成演化过程受到暗物质晕的影响，因此星系的空间分布和自身性质也会与暗物质晕相关联。而通过计算机再现星系形成演化的过程，我们可以更为直观地理解这一过程，从而更好地解释观测结果并设计新的观测方案。..本项目计划采用宇宙学流体模拟来研究暗晕及星系的性质随时间演化的关系，为星系的形成演化过程提供更为细致的理论图像。通过流体数值模拟，我们可以同时得到模拟星系样本和暗晕样本，并精确测量期星系和暗晕的各方面性质。再通过串联起暗晕的前后代关系，我们可以用模拟数据构筑出星系的完整演化历史。过去的研究主要探讨不同时期的暗晕与星系的总体的统计信息。本工作将从另一个角度出发，拟合单个星系的质量、恒星形成率、角动量等性质随时间变化曲线，统计曲线特征。这将有助于我们更好地理解星系形成演化。

星系的形成演化过程是天体物理学中的一个重要问题。在过去研究中，研究者通常采用纯暗物质模拟配合HOD模型或半解析模型等手段来产生模拟星系样本。这些方法容易简化或忽略星系形成演化历史中的部分细节，导致星系样本与观测样本之间的偏差。如今，随着技术的进步，出现了一批包宇宙学流体动力学模拟。这些程序模拟了气体的冷却、加热、恒星形成、活动星系核反馈、星风反馈等物理过程，更准确地还原了星系的形成演化过程。..本项目计划采用宇宙学流体模拟来研究星系的性质随时间演化的关系，为星系的形成演化过程提供更为细致的理论图像。通过流体数值模拟，我们可以同时得到模拟星系样本，并精确测量星系的各方面性质。我们还可以用模拟数据构筑出星系的完整演化历史，发现星系的质量、恒星形成率、角动量等性质随时间变化的规律。这些工作将有助于我们更好地理解星系形成演化。..本项目支持发表了6篇文章，对于星系的恒星形成率、星系的空间排列、星系的棒结构和星系团中的结构形成和速度弥散等问题做了研究。我们的研究利用大量的流体动力学模拟，包括Illustris, Illustris-TNG, EAGLE, DIANOGA等。得益于这些模拟产生的星系形成演化历史，这些工作不仅预言了与观测相符的星系统计性质，还对于这些统计性质的形成原因给出了可靠的分析。这为我们理解星系的形成演化提供了新的思路。