Dust in and around galaxies: dust in cluster environments and its impact on gas cooling
Dust in and around galaxies: dust in cluster environments and its impact on gas cooling
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星系内部和周围的尘埃：星团环境中的尘埃及其对气体冷却的影响
DOI：
10.1093/mnras/stz1644
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发表时间：
2019
影响因子：
4.8
通讯作者：
Kannan, Rahul
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Vogelsberger, Mark;McKinnon, Ryan;O’Neil, Stephanie;Marinacci, Federico;Torrey, Paul;Kannan, Rahul
模拟星系及其周围气体的尘埃含量是具有挑战性的，因为影响尘埃演化的物理过程范围很广。在这里，我们提出了一个星系团的宇宙学流体动力学模拟，包括一个新的尘埃模型的移动网格codearepo。这个模型包括尘埃的产生、增长、超新星冲击驱动的破坏、离子碰撞驱动的热溅射以及通过碰撞沉积的电子能量的远红外再辐射进行的高温尘埃冷却。采用一个相当低的热溅射率，我们发现，与观测结果相一致，今天的总尘埃-气体比为10.2 × 10−5，总尘埃质量为10.3 × 10 − 6，尘埃质量分数为10.3 × 10−6。典型的热溅射时间尺度在~ 1000 μ m左右，并向星系团外部逐渐增大，到距星系团中心的距离为~ 1000 μ m。气相金属凝结成尘埃颗粒减少了高温金属线冷却，但也导致了额外的尘埃红外冷却。额外的红外冷却改变了星团外部的整体冷却速率，超出了几个因素。这将导致显着的变化的熵，温度和密度分布的集群气体一旦尘埃的形成。由于尘埃冷却而发射的尘埃红外发射与观测限制是一致的。
Simulating the dust content of galaxies and their surrounding gas is challenging due to the wide range of physical processes affecting the dust evolution. Here we present cosmological hydrodynamical simulations of a cluster of galaxies,, including a novel dust model for the moving mesh codearepo. This model includes dust production, growth, supernova-shock-driven destruction, ion-collision-driven thermal sputtering, and high-temperature dust cooling through far-infrared reradiation of collisionally deposited electron energies. Adopting a rather low thermal sputtering rate, we find, consistent with observations, a present-day overall dust-to-gas ratio of ∼2 × 10−5, a total dust mass of, and a dust mass fraction of ∼3 × 10−6. The typical thermal sputtering time-scales withinare around, and increase towards the outer parts of the cluster toat a cluster-centric distance of. The condensation of gas-phase metals into dust grains reduces high-temperature metal-line cooling, but also leads to additional dust infrared cooling. The additional infrared cooling changes the overall cooling rate in the outer parts of the cluster, beyond, by factors of a few. This results in noticeable changes of the entropy, temperature, and density profiles of cluster gas once dust formation is included. The emitted dust infrared emission due to dust cooling is consistent with observational constraints.
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