Spatially resolved star formation and inside-out quenching in the TNG50 simulation and 3D-HST observations,Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

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Spatially resolved star formation and inside-out quenching in the TNG50 simulation and 3D-HST observations
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society ( IF 4.8 ) Pub Date : 2021-08-05 , DOI: 10.1093/mnras/stab2131
Erica J Nelson _{1,

2} , Sandro Tacchella ₂ , Benedikt Diemer ₃ , Joel Leja _{4,

5,

6} , Lars Hernquist ₂ , Katherine E Whitaker _{7,

8} , Rainer Weinberger ₂ , Annalisa Pillepich ₉ , Dylan Nelson ₁₀ , Bryan A Terrazas ₂ , Rebecca Nevin ₂ , Gabriel B Brammer _{8,

11} , Blakesley Burkhart _{12,

13} , Rachel K Cochrane ₂ , Pieter van Dokkum ₁₄ , Benjamin D Johnson ₂ , Federico Marinacci ₁₅ , Lamiya Mowla ₁₆ , Rüdiger Pakmor ₁₇ , Rosalind E Skelton ₁₈ , Joshua Speagle _{16,

18} , Volker Springel ₁₇ , Paul Torrey ₁₉ , Mark Vogelsberger ₂₀ , Stijn Wuyts ₂₁

Affiliation

Department for Astrophysical and Planetary Science, University of Colorado, Boulder, CO 80309, USA
Center for Astrophysics | Harvard-Smithsonian, Cambridge, MA 02138, USA
Department of Astronomy, University of Maryland, College Park, MD 20742, USA
Department of Astronomy & Astrophysics, The Pennsylvania State University, University Park, PA 16802, USA
Institute for Computational & Data Sciences, The Pennsylvania State University, University Park, PA, USA
Institute for Gravitation and the Cosmos, The Pennsylvania State University, University Park, PA 16802, USA
Department of Astronomy, University of Massachusetts, Amherst, MA 01003, USA
Cosmic Dawn Center (DAWN), Copenhagen, Denmark
Max-Planck-Institut für Astronomie, Königstuhl 17, 69117 Heidelberg, Germany
Universität Heidelberg, Zentrum für Astronomie, Institut für theoretische Astrophysik, Albert-Ueberle-Str. 2, 69120 Heidelberg, Germany
Niels Bohr Institute, University of Copenhagen, Jagtvej 128, København N, DK-2200, Denmark
Department of Physics and Astronomy, Rutgers University, 136 Frelinghuysen Rd., Piscataway, NJ 08854, USA
Center for Computational Astrophysics, Flatiron Institute, 162 5th Ave., New York, NY 10010, USA
Astronomy Department, Yale University, New Haven, CT 06511, USA
Department of Physics and Astronomy “Augusto Righi”, University of Bologna, via Gobetti 93/2, 40129 Bologna, Italy
Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics, University of Toronto, Toronto, ON M5S 3H4, Canada
Max-Planck-Institut für Astrophysik, 85740 Garching bei München, Germany
Department of Statistical Sciences, University of Toronto, Toronto, ON M5S 3G3, Canada
Department of Astronomy, University of Florida, Gainesville, FL 32611, USA
Department of Physics and Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA 02139, USA
Department of Physics, University of Bath, Claverton Down, Bath BA2 7AY, UK

We compare the star-forming main sequence (SFMS) of galaxies – both integrated and resolved on 1 kpc scales – between the high-resolution TNG50 simulation of IllustrisTNG and observations from the 3D-HST slitless spectroscopic survey at z ∼ 1. Contrasting integrated star formation rates (SFRs), we find that the slope and normalization of the star-forming main sequence in TNG50 are quantitatively consistent with values derived by fitting observations from 3D-HST with the Prospector Bayesian inference framework. The previous offsets of 0.2–1 dex between observed and simulated main-sequence normalizations are resolved when using the updated masses and SFRs from Prospector. The scatter is generically smaller in TNG50 than in 3D-HST for more massive galaxies with M*> 1010 M⊙, by ∼10–40 per cent, after accounting for observational uncertainties. When comparing resolved star formation, we also find good agreement between TNG50 and 3D-HST: average specific star formation rate (sSFR) radial profiles of galaxies at all masses and radii below, on, and above the SFMS are similar in both normalization and shape. Most noteworthy, massive galaxies with M*> 1010.5 M⊙, which have fallen below the SFMS due to ongoing quenching, exhibit a clear central SFR suppression, in both TNG50 and 3D-HST. In contrast, the original Illustris simulation and a variant TNG run without black hole kinetic wind feedback, do not reproduce the central SFR profile suppression seen in data. In TNG, inside-out quenching is due to the supermassive black hole (SMBH) feedback model operating at low accretion rates.

中文翻译：

TNG50 模拟和 3D-HST 观测中的空间分辨恒星形成和内向外淬火

我们比较了 IllustrisTNG 的高分辨率 TNG50 模拟和 z ∼ 1 处的 3D-HST 无狭缝光谱调查的观测结果之间的星系的恒星形成主序 (SFMS)——在 1 kpc 尺度上整合和解析。对比整合恒星形成率（SFRs），我们发现TNG50中恒星形成主序带的斜率和归一化在数量上与通过Prospector Bayesian推理框架拟合3D-HST观测得到的值一致。当使用来自 Prospector 的更新质量和 SFR 时，之前观察到的和模拟的主序列归一化之间的 0.2-1 dex 偏移得到解决。对于 M*> 的更大质量的星系，TNG50 中的散射通常比 3D-HST 中的小。1010 M⊙，在考虑了观测的不确定性后，增加了 ~10-40%。在比较解析的恒星形成时，我们还发现 TNG50 和 3D-HST 之间有很好的一致性：所有质量和半径的星系的平均特定恒星形成率 (sSFR) 在 SFMS 下方、上方和上方的径向剖面在归一化和形状方面都相似. 最值得注意的是，M*> 的大质量星系。1010.5 M⊙ 由于持续淬火而低于 SFMS，在 TNG50 和 3D-HST 中都表现出明显的中心 SFR 抑制。相比之下，最初的 Illustris 模拟和变体 TNG 在没有黑洞动力学风反馈的情况下运行，不会重现数据中看到的中心恒星形成率剖面抑制。在 TNG 中，由内而外的猝灭是由于超大质量黑洞 (SMBH) 反馈模型以低吸积率运行。SFMS 下方、上方和上方的所有质量和半径的星系的平均特定恒星形成率 (sSFR) 径向剖面在归一化和形状方面都相似。最值得注意的是，M*> 的大质量星系。1010.5 M⊙ 由于持续淬火而低于 SFMS，在 TNG50 和 3D-HST 中都表现出明显的中心 SFR 抑制。相比之下，最初的 Illustris 模拟和变体 TNG 在没有黑洞动力学风反馈的情况下运行，不会重现数据中看到的中心恒星形成率剖面抑制。在 TNG 中，由内而外的猝灭是由于超大质量黑洞 (SMBH) 反馈模型以低吸积率运行。SFMS 下方、上方和上方的所有质量和半径的星系的平均特定恒星形成率 (sSFR) 径向剖面在归一化和形状方面都相似。最值得注意的是，M*> 的大质量星系。1010.5 M⊙ 由于持续淬火而低于 SFMS，在 TNG50 和 3D-HST 中都表现出明显的中心 SFR 抑制。相比之下，最初的 Illustris 模拟和变体 TNG 在没有黑洞动力学风反馈的情况下运行，不会重现数据中看到的中心恒星形成率剖面抑制。在 TNG 中，由内而外的猝灭是由于超大质量黑洞 (SMBH) 反馈模型以低吸积率运行。M*> 的大质量星系 1010.5 M⊙ 由于持续淬火而低于 SFMS，在 TNG50 和 3D-HST 中都表现出明显的中心 SFR 抑制。相比之下，最初的 Illustris 模拟和变体 TNG 在没有黑洞动力学风反馈的情况下运行，不会重现数据中看到的中心恒星形成率剖面抑制。在 TNG 中，由内而外的猝灭是由于超大质量黑洞 (SMBH) 反馈模型以低吸积率运行。M*> 的大质量星系 1010.5 M⊙ 由于持续淬火而低于 SFMS，在 TNG50 和 3D-HST 中都表现出明显的中心 SFR 抑制。相比之下，最初的 Illustris 模拟和变体 TNG 在没有黑洞动力学风反馈的情况下运行，不会重现数据中看到的中心恒星形成率剖面抑制。在 TNG 中，由内而外的猝灭是由于超大质量黑洞 (SMBH) 反馈模型以低吸积率运行。

更新日期：2021-08-05

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