标准星系演化模型下对两类特殊星系的研究

This Project aims to study the two special types of galaxies: the ultra-diffuse galaxies (UDGs), and high-redshift massive quiescent galaxies (HMQGs), under the standard galaxy evolution model. UDGs were detected in observations in 2015 for the first time. UDGs have stellar masses of the typical dwarf galaxies, but sizes of the L* galaxies. HMQGs are also a recently discovered population of galaxies, with high stellar masses but extremely low star formation rates, and thus are very different from the normal high-redshift massive star-forming galaxies. Since the two types of galaxies are special, the detections of these two types of galaxies are very popular, and the formation mechanisms of the two types of galaxies are also widely discussed. In this project, we plan to use the large-volume cosmological simulations combined with the semi-analytical galaxy formation models to compare the model predicts with the observed UDGs/HMQGs, and study whether the current galaxy formation models can explain these two special types of galaxies. This project will help us to understand the formation mechanisms of the two special types of galaxies, and understand and improve the models of galaxy evolution.

本项目计划在标准星系演化模型的框架下，对两类观测上非常热门的特殊星系展开研究：超稀疏星系(UDG)、高红移大质量宁静星系(HMQG)。超稀疏星系是2015年才在观测上发现的特殊星系，这类星系的光度和矮星系相当，空间尺寸上却和L*星系相当。高红移大质量宁静星系(z>2)也是最近观测上发现的一类恒星质量很大而恒星形成效率极低的星系，这和我们通常观测到的正在恒星形成的高红移星系非常不同。因为这两类天体的特殊性，搜寻UDG和HMQG是目前天文观测上的热点 ,而这两类特殊星系的形成机制也引起了理论上的热烈探讨。本项目计划利用大体积宇宙学数值模拟并结合星系形成半解析模型，对模拟预言的和天文观测中的UDG/HMQG进行详细比较，来探索当前的星系形成理论是否可以解释此两类特殊星系。本项目的完成不仅将帮助我们理解这两类特殊天体的形成机制，还会帮助我们理解和完善现有的星系演化模型。

本项目是基于目前天文领域研究的两大热点，即：超稀疏矮星系，以及大质量星系的形成，结合现有星系演化模型，通过数值模拟以及天文观测两种手段对这两类星系的性质及其形成进行研究。对超稀疏矮星系的研究结果表明，这类星系可能是在大尺度纤维状结构附近形成的，从纤维状结构周围的涡流中获取初始角动量，其所在星系晕的自旋可能比普通矮星系更大，其形成时间比同等质量矮星系偏晚。当其沿着大尺度纤维状结构掉落入星系团中后，这类星系将与星系团中大质量星系，尤其是中央星系发生潮汐相互作用，从而使其形态发生变化：星系恒星盘变厚，半径增大。对大质量慢转早型星系的质量分布的研究表明，这类星系极有可能经历过星系并合，并在星系并合的过程中其双黑洞由于弹弓效应将星系内区的重子物质移向外区，从而改变了原有的星系物质分布。本项目的研究结果有效地限制了现有的超稀疏矮星系以及大质量慢转早型星系的形成模型。