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天体物理学 > 星系的天体物理学

arXiv:2507.10805 (astro-ph)
[提交于 2025年7月14日 ]

标题: 宇宙射线驱动的外流对宇宙学模拟中Lyman-$α$发射的影响

标题: Impact of Cosmic Ray-driven Outflows on Lyman-$α$ Emission in Cosmological Simulations

Authors:Taysun Kimm, Julien Devriendt, Francesco Rodriguez Montero, Adrianne Slyz, Jeremy Blaizot, Harley Katz, Beomchan Koh, Hyunmi Song
摘要: 宇宙射线(CR)反馈被认为是一种强大的机制,可以驱动星系中的温暖气体外流。 我们使用宇宙学磁流体动力学模拟来研究CR反馈对一个$10^{11}\,M_\odot$暗物质晕在$2<z<4$时的中性氢(HI)的影响。 为此,我们用电离辐射转移对模拟进行后处理,并执行蒙特卡罗莱曼-$\alpha$(Lya)转移计算。 CR反馈降低了年轻恒星周围的HI柱密度,从而允许更多的Lya光子逃逸,进而更好地匹配观测到的Lya发射体的Lya光度。 尽管具有CR驱动外流的星系在星系际介质中有更多的扩展HI,但两个对光学深度和气体运动敏感的Lya线特性——速度空间中红峰的位置($v_\mathrm{red}$)以及蓝峰与红峰的相对强度($B/R$)——无法区分CR驱动和非CR模拟。 这是因为Lya光子优先沿着电离辐射产生的低HI密度通道传播,从而限制了与体积填充HI的散射。 相反,观测到的谷值和峰值之间的低通量比以及表面亮度分布在具有CR驱动外流的模型中得到了更好的再现,因为Lya光子在逃逸前发生了更多相互作用,而不是像非CR模拟中那样被尘埃破坏。 我们讨论了在表现出明显红峰和大$v_\mathrm{red}$的模拟中视线数量稀少的潜在原因,这可能需要存在更多的体积填充HI。
摘要: Cosmic ray (CR) feedback has been proposed as a powerful mechanism for driving warm gas outflows in galaxies. We use cosmological magnetohydrodynamic simulations to investigate the impact of CR feedback on neutral hydrogen (HI) in a $10^{11}\,M_\odot$ dark matter halo at $2<z<4$. To this end, we post-process the simulations with ionizing radiative transfer and perform Monte Carlo Lyman-$\alpha$ (Lya) transfer calculations. CR feedback reduces HI column densities around young stars, thereby allowing more Lya photons to escape and consequently offering a better match to the Lya luminosities of observed Lya emitters. Although galaxies with CR-driven outflows have more extended HI in the circumgalactic medium, two Lya line properties sensitive to optical depth and gas kinematics - the location of the red peak in velocity space ($v_\mathrm{red}$) and relative strength of the blue-to-red peaks ($B/R$) - cannot distinguish between the CR-driven and non-CR simulations. This is because Lya photons propagate preferentially along low HI density channels created by the ionizing radiation, thereby limiting the scattering with volume-filling HI. In contrast, the observed low flux ratios between the valley and peak and the surface brightness profiles are better reproduced in the model with CR-driven outflows because the Lya photons interact more before escaping, rather than being destroyed by dust as is the case in the non-CR simulation. We discuss the potential cause of the paucity of sightlines in simulations that exhibit prominent red peaks and large $v_\mathrm{red}$, which may require the presence of more volume-filling HI.
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主题: 星系的天体物理学 (astro-ph.GA)
引用方式: arXiv:2507.10805 [astro-ph.GA]
  (或者 arXiv:2507.10805v1 [astro-ph.GA] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.10805
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Taysun Kimm [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2025 年 7 月 14 日 20:58:52 UTC (1,294 KB)
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