近邻宇宙再构造——星系熄灭和暗晕质量，环境以及吸积

我们的宇宙中充满了丰富多彩的大尺度结构，有数亿光年之长的斯隆长城，也有著名的包含数以千计星系的后发座星系团。这些结构见证了整个宇宙的演化，同时又是星系诞生的摇篮。这些大尺度结构的主体是不可见的暗物质，他们强大的引力在宇宙的膨胀中束缚并促进了星系的成长，已然变成了连接宇宙和星系一根弦，拨动着宇宙结构演化的音符，时而波澜壮阔，时而小桥流水。

研究这些结构中星系的演化一直天文界热门的话题，尤其是星系中恒星形成的中止机制（通常称之为熄灭，quenching）最近受到天文界的广泛关注。先前的研究已经发现星系的熄灭既和星系的自身质量相关，也和星系所处的大尺度环境关联。而这些研究中大尺度环境通常采用星系数量来计算。这一方法受到星系偏袒、红移畸变，环境尺度不一等多重因素影响，因此对于结果的解释具有不确定性。中国科学技术大学王慧元教授团队最近几年一直致力于近邻宇宙再构造的研究。该研究基于统计算法加上Particle-Mesh动力学过程，可以从星系分布可靠的再现真实宇宙在宇宙极早期的状态，然后基于宇宙学模拟获得近邻宇宙的演化历史和物质密度分布（图1）。

基于这些物质密度场，该团队对SDSS星系的熄灭过程进行了细致的研究。他们检查了星系的熄灭比例（quenched fraction）对于星系质量，暗晕质量和大尺度环境密度的倚赖。对于整个样本，熄灭比例随着星系质量、暗晕质量和环境密度的增加而增加，而且环境熄灭效率(environmental quenching efficiency)对环境密度的倚赖关系是独立于星系质量的，对星系质量的依赖也是独立于环境密度的。进一步的研究发现，如果采用暗晕质量作为环境变量，获得类似的结果，而且这一独立性同样成立，也即暗晕质量和星系质量似乎代表着独立的过程。然后把中央星系和卫星星系分开考虑，中央星系和卫星星系的quenching efficiency对于暗晕和星系质量的倚赖是一致的，暗示它们在相同星系质量段处经历了相似的恒星形成终止过程。但是当用物质密度为环境指标时，两者出现明显差异：卫星星系对环境的倚赖远强于中央星系。以从观测获得的熄灭比例对暗晕质量和星系质量依赖为基础，我们构造了一个简单的星系恒星形成熄灭模型，这一模型可以很好的再现熄灭比例对于环境密度的依赖。模型预期和观测只在中央星系上有一定偏差：模型预期比真实数据要弱。我们又从再构造模拟中获得暗晕的形成历史，并假设星系恒星形成熄灭除了依赖于星系质量和暗晕质量外，还依赖于恒星形成历史，新的模型可以很好的弥补之前模型中在中央星系上的偏差（结果见图2）。这表明暗晕的assembly bias效应也会影响星系的恒星形成熄灭。但是以熄灭比例对环境密度和星系质量依赖为基础构造的模型却不能再现对暗晕质量的依赖。可见暗晕作为环境变量更加的本质，而且基于环境密度发现的中央星系和卫星星系的差异并不表明卫星星系和中央星系在熄灭机制上的不同，而是起因于给定质量的卫星星系和中央星系存在于不同质量的暗晕中，而大质量暗晕有倾向于在高密度环境导致的（相关文章发表在ApJ, 852:31 (20pp), 2018）。

该项研究得到基金委、科技部和教育部的支持。相关工作发表在ApJ上。