星系有关重子的时空演化 （Walter et al. 2020）

很久没主动阅读过一篇天文的文章了，看到了一篇很好的文章，想要在组会上跟大家分享下（虽然肯定人人都看过了，但好歹锻炼下自己的输出能力）在此先试着描述下。

这篇文章主要讲述的是结合观测所得分子气体在宇宙学尺度上密度的演化和原先我们对恒星质量、恒星形成率以及原子气体的宇宙学尺度密度来约束和星系有关重子的时空演化。有什么发现？中性氢以及氢分子密度在红移约为1.5处的时间大致相等，之后氢分子的密度就下降了六倍（至如今的数值），然而氢原子的密度几乎保持不变。恒星质量密度呢？随着时间持续增加，也是在红移约为1.5时超过了中性氢和氢分子的总密度。这就说明，恒星质量并不完全由氢分子密度的下降所决定，星系必须有程度可观的额外气体吸积。观测所得出的结果？两步吸积的约束：

1. 星系外介质中的电离气体（HII）的净下落以补充恒星形成所需的中性氢燃料。
2. 星系中心中性氢的净下落并转化为氢分子。

从红移约为2处下落以及流入的速率密度均下降了几乎一个数量级，在这种趋势下，未来的五十亿年间分子气体密度将在下降两倍，恒星质量密度会上涨10%，宇宙恒星形成活动会由于气体下落以及吸积的停止慢慢降低至趋于零。

动机：星系通过连续的从暗物质和重子中吸积、暗物质晕相互间的合并而成长。被吸积的气体导致了星系中单个暗物质晕中心恒星的形成。恒星释放的UV辐射、风以及超新星爆发，和星系中心超大质量黑洞可能的间断吸积给予周围气体有效的反馈而至少暂时抑制了更多恒星的形成，或者从星系中心释放出冷的气体至外界并达成了一个重子在不同气相和不同区域间的循环。那么，宇宙时间内星系内和星系外究竟有多少气体才能解释星系中恒星的形成呢？

手段：中性氢辐射+CO转动谱线=》氢原子以及氢分子在不同时间内的总量、光学+红外-〉恒星形成+恒星质量

局限：时标过长，未考虑星系合并，结论并不适用单个星系的演化，观测的限制使我们只能关注红移低于4的区域（宇宙大于15亿年）

星系中心：大部分恒星、分子气体和恒星形成。恒星从巨分子云中形成，代表时标1e7。分子气体应在相似的时标下由原子气体转化而成。

盘(r<10kpc)：星系中恒星主要分布的区域

氢原子库(r<50kpc)

环星系介质(50-300kpc)由维理半径所定义，理解为受星系引力约束影响而与宇宙膨胀脱耦合的区域，为高温的氢离子(1e4-1e6K)，1e4K冷却时间:1e8,1e6K:1e9。在这之外即为星际间介质。

这几个区域间气体是可以通过外流和吸积互相转移的。

未考虑重子：温电离介质、黑洞以及尘埃 （影响不大）