NSF-BSF: The Physics of Multiphase Gas Streams feeding Galaxies from the Cosmic Web
NSF-BSF:从宇宙网供给星系的多相气流的物理学
基本信息
- 批准号:2307280
- 负责人:
- 金额:$ 73.33万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2023
- 资助国家:美国
- 起止时间:2023-09-01 至 2026-08-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Over the past two decades, a coherent picture of galaxy formation has emerged whereby gas flows into massive dark matter halos from the Intergalactic Medium (IGM) via a network of narrow filaments and sheets that together comprise the "cosmic web”. This gas accretion supplies fuel for star formation, sets the angular momentum and size of disk galaxies, and drives turbulence and disk instabilities. We cannot fully understand galaxy evolution without a detailed understanding of this accretion process. However, numerical simulations of this inflow are extremely challenging. This research team will address these shortcomings through an extended suite of cosmological magneto-hydrodynamical simulations designed to resolve the filaments and IGM to accurately model their evolution and explore the detailed physics of how galaxies are fed from their earliest stages of formation. This work will provide mentoring and training for two graduate students. The team will also create a cosmology module for Yale's Pathway to Science program and run a free two-week summer STEM program for high school students. The proposed simulations will resolve the multiphase structure of gas over all the relevant scales, from the Mpc-sized cosmic sheets and filaments to the dense clumps (tens of parsecs) of gas that form within the streams and the stream-fed disks. Such a comprehensive theoretical analysis promises to reshape the understanding of galaxy formation in a cosmological context as well as deepen our understanding of the physics of multiphase plasmas. It is also highly timely to aid in interpreting current and upcoming observational data of the gas around galaxies, Lyman-alpha blobs, the Lyman-alpha Forest, and metal-free Lyman limit systems. In addition, this study aims to improve the understanding of how high-z disk galaxies acquire their angular momentum and which mechanisms are responsible for triggering turbulence and maintaining violent instabilities. All simulations run as part of this study will be made publicly available. The team will also build analytic models that encapsulate their findings and elucidate the physics of galaxy formation.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
在过去的二十年里,一幅关于星系形成的连贯图景已经出现,气体通过狭窄的细丝和片材网络从星际介质(IGM)流入巨大的暗物质晕,这些细丝和片材共同构成了“宇宙网”。这种气体吸积为恒星形成提供燃料,设定盘状星系的角动量和大小,并驱动湍流和盘状不稳定。如果不详细了解这种吸积过程,我们就无法完全理解星系的演化。然而,这种流入的数值模拟极具挑战性。该研究小组将通过一系列扩展的宇宙磁流体动力学模拟来解决这些缺点,这些模拟旨在解决细丝和IGM的问题,以准确地模拟它们的演化,并探索星系从形成的最早阶段如何被供给的详细物理原理。这项工作将为两名研究生提供指导和培训。该团队还将为耶鲁大学的科学之路项目创建一个宇宙学模块,并为高中生免费举办为期两周的夏季 STEM 项目。所提出的模拟将解析所有相关尺度上的气体多相结构,从 Mpc 大小的宇宙片和细丝到在流和流馈送盘内形成的致密气体团块(数十秒差距)。这种全面的理论分析有望在宇宙学背景下重塑对星系形成的理解,并加深我们对多相等离子体物理学的理解。它也非常及时地帮助解释当前和即将到来的星系周围气体、莱曼阿尔法斑点、莱曼阿尔法森林和无金属莱曼极限系统的观测数据。此外,这项研究旨在加深对高z盘星系如何获得角动量以及哪些机制负责触发湍流和维持剧烈不稳定的理解。作为本研究一部分运行的所有模拟都将公开。该团队还将建立分析模型来概括他们的发现并阐明星系形成的物理原理。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。
项目成果
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