Using two-dimensional numerical hydrodynamic simulations, we investigate the regulation of star ormation rates in turbulent, multiphase, galactic gaseous disks. Our simulation domain is xisymmetric, and local in the radial direction and global in the vertical direction. Our models nclude galactic rotation, vertical stratification, self-gravity, heating and cooling, and thermal onduction. Turbulence in our models is driven by momentum feedback from supernova events ccurring in localized dense regions formed by thermal and gravitational instabilities. Self-onsistent radiative heating, representing enhanced/reduced FUV photons from the star formation, s also taken into account. Evolution of our model disks is highly dynamic, but reaches a quasi-teady state. The disks are overall in effective hydrostatic equilibrium with the midplane thermal ressure set by the vertical gravity. The star formation rate is found to be proportional pproximately linearly to the midplane thermal pressure. These results are in good agreement with the predictions of a recent theory by Ostriker, McKee, and Leroy (2010) for the thermal/dynamic equilibrium model of star formation regulation.
We use grid-based hydrodynamic simulations to study star formation history in nuclear rings of barred-spiral galaxies. In our previous study, we concentrated on bar-only galaxies without spirals, finding that the star formation rate (SFR) in a nuclear ring exhibits a strong primary burst at early time before decreasing to below 1 $M_{\odot}/yr$ at late time. The rapid decline is caused by the paucity of the gas in the bar region, due to early massive gas inflows to the nuclear ring. Since star formation in nuclear rings is observed to be sustained for about 1-2 Gyr, this requires mechanisms to supply the gas to the bar regions. In this work, we study the effect of spiral arms on the radial gas inflows and related star formation in the nuclear rings. We show that spiral arms are efficient to remove angular momentum of the gas to cause significant gas inflows to the bar region, provided the patten speed of the arms is much smaller than that of the bar. The inflowing gas is added to a nuclear ring, making the ring SFR episodic over a long period of time. The time interval of multiple bursts of star formation is a few tens to hundred million years, with the mean peak SFR of ${\sim}5M_{\odot}/yr$, consistent with observations of M100.
We utilize times since infall of cluster galaxies obtained from Yonsei Zoom-in Cluster Simulation (YZiCS), the cosmological hydrodynamic N-body simulations, and star formation rates from the SDSS data release 10 to study how quickly late-type galaxies are quenched in the cluster environments. In particular, we confirm that the distributions of both simulated and observed galaxies in phase-space diagrams are comparable and that each location of phase-space can provide the information of times since infall and star formation rates of cluster galaxies. Then, by limiting the location of phase-space of simulated and observed galaxies, we associate their star formation rates at z ~ 0.08 with times since infall using an abundance matching technique that employs the 10 quantiles of each probability distribution. Using a flexible quenching model covering different quenching scenarios, we find the star formation history of satellite galaxies that best reproduces the obtained relationship between time since infall and star formation rate at z ~ 0.08. Based on the derived star formation history, we constrain the quenching timescale (2 - 7 Gyr) with a clear stellar mass trend and confirm that the refined model is consistent with the "delayed-then-rapid" quenching scenario: the constant delayed phase as ~ 2.3 Gyr and the quenching efficiencies (i.e., e-folding timescale) outside and inside clusters as ~ 2 - 4 Gyr (${\propto}M_*^{-1}$) and 0.5 - 1.5 Gyr (${\propto}M_*^{-2}$), Finally, we suggest: (i) ram-pressure is the main driver of quenching of satellite galaxies for the local Universe, (ii) the quenching trend on stellar mass at z > 0.5 indicates other quenching mechanisms as the main driver.
We have performed a set of high-resolution simulations of nuclear star-forming ring that results in an inward gas migration from the galactic disk. Our simulations consider gas heating/cooling, star formation, and supernova feedback. The galactic potential was obtained from a snapshot of a 6.3 million particle simulation of a galactic disk at 1 Gyr, which manifests spiral arms and pseudo-bulge. The potential was modeled with a combination of 3-dimensional spherical (for the pseudo-bulge) and 2-dimensional cylindrical (for the disk) multipole expansion technique. With such a potential model, one can easily set up various realistic 3-dimensional potential models by slightly changing the expansion coefficients. We have performed a set of simulations with a few million gas particles covering the central ~6 kpc of the disk for different pseudo-bulge sizes and non-axisymmetry, and we report the dependence of the gas inflow rate, size of the star-forming ring, and star-formation rate in the ring on the size and strength of the non-axisymmetry in the bulge.
Hydrodynamic simulations of gas clouds in the central hundred parsecs region of the Milky Way that is modeled with a three-dimensional bar potential are presented. Our simulations consider realistic gas cooling and heating, star formation, and supernova feedback. A ring of dense gas clouds forms as a result of $X_1-X_2$ orbit transfer, and our potential model results in a ring radius of ~200 pc, which coincides with the extraordinary reservoir of dense molecular clouds in the inner bulge, the Central Molecular Zone (CMZ). The gas clouds accumulated in the CMZ can reach high enough densities to form stars, and with an appropriate choice of simulation parameters, we successfully reproduce the observed gas mass and the star formation rate (SFR) in the CMZ, ${\sim}2{\times}10^7\;M_{\odot}$ and ${\sim}0.1\;M_{\odot}/yr$. Star formation in our simulations takes place mostly in the outermost $X_2$ orbits, and the SFR per unit surface area outside the CMZ is much lower. These facts suggest that the inner Galactic bulge may harbor a mild version of the nuclear star-forming rings seen in some external disk galaxies. We also find that the stellar population resulting from sustained star formation in the CMZ would be enlogated perpendicularly to the main bar, and this "inner bar" can migrate the gas in the CMZ further down to the central parsecs region.
Gobat, Raphael;Daddi, Emanuele;Magdis, Georgios;Bournaud, Frederic;Sargent, Mark;Martig, Marie;Jin, Shuowen;Hwang, Ho Seong
The Bulletin of The Korean Astronomical Society
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v.42
no.2
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pp.40.1-40.1
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2017
Massive early-type galaxies (ETG) have been spectroscopically confirmed up to z>3 which, together with their ages and abundances at z>1.5, implies that their progenitors must have converted gas into stars on short timescales. The termination of star formation in these galaxies can occur through several channels, but they remain largely conjectural, in part due to the current lack of direct measurements of the amount of residual gas in high redshift ETGs. Here I will present constraints on the star formation rate and dust/gas content of z=1.4-2.5 ETGs. These galaxies, close to their epoch of quenching, contained more than 2 orders of magnitude more dust than their local counterparts, which suggests the presence of substantial amounts of gas and a low star formation efficiency.
Using two-dimensional numerical hydrodynamic simulations, we investigate the star formation rate (SFR) in turbulent, multiphase, galactic gaseous disks. Our simulation domain is axisymmetric, and local in the radial direction and global in the vertical direction. Our models include galactic rotation, vertical density stratification, self-gravity, radiative heating and cooling, and thermal conduction, but do not include spiral-arm features. Turbulence in our models is driven by momentum feedback from supernova explosion events occurring in localized dense regions formed by thermal and gravitational instabilities. Self-consistent radiative heating, representing enhanced/reduced FUV photons from the star formation, is also taken into account. By controlling three parameters (the gas surface density, the stellar disk density, and the angular rotation rate) that characterize local galactic disks, we explore how the SFR depends on the background environmental state. We also discuss the relation between the SFR and the gas surface density found in our numerical models in comparison with observations.
Kim, Sung-Soo S.;Saitoh, Takayuki;Jeon, Myoung-Won;Merritt, David;Figer, Donal F.;Wada, Keiich
The Bulletin of The Korean Astronomical Society
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v.35
no.1
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pp.72.1-72.1
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2010
Gas materials in the inner Galactic disk continuously migrate toward the Galactic center (GC) due to interactions with the bar potential, magnetic fields, stars, and other gaseous materials. In case of the Milky Way, those in forms of molecules appear to accumulate around 200 pc from the center (the central molecular zone, CMZ) to form stars there and further inside. The bar potential in the GC is thought to be responsible for such acculmulation of molecules and subsequent star formation, which is believed to have been continous throughout the lifetime of the Galaxy. We present 3-D hydrodynamic simulations of the CMZ that consider self-gravity, radiative cooling, and supernova feedback, and discuss the efficiency and role of the star formation in that region. We find that the gas accumulated in the CMZ by a bar potential of the inner bulge effectively turns into stars, supporting the idea that the stellar cusp inside the central 200 pc is a result of the sustained star formation in the CMZ. The obtained star formation rate in the CMZ, 0.03-0.1 Msun, is consistent with the recent estimate based on the mid-infrared observations by Yusef-Zadeh et al. We discuss the secular evolution of nuclear bulges in general, based on our results.
We investigate the dependence of star formation rate and Active Galaxy Nuclei (AGN) frequency on the bar properties, especially the bar strength, using SDSS DR6. To better represent the bar strength, we divided the bars into 6 classes according to their length and axial ratios. There seems to be a fairly good correlation between the star formation rate derived from $H{\alpha}$ emission lines and the bar strength, whereas there is no apparent correlation between the AGN activity and the bar strength. We interpret that the former correlation is due to the dependence of bar-driven gas inflow on the strength of bar. The lack of correlation between AGN and bar properties suggests that the accretion of gas onto a supermassive black hole (SMBH) is regulated by the interplay between the bar and SMBH. The frequency of AGN seems to be dependent on the background density but the star formation rate does not. It suggests that star formation is a localized phenomenon that is mostly determined by the gas density in a galaxy, while AGN activity is more closely related to the host property such as mass and luminosity that are thought to be dependent on the environment through the density-luminosity relation.
We utilize Sloan Digital Sky Survey DR7 spectroscopic data of ~380 star forming galaxies in the Virgo cluster to investigate their chemical properties depending on the environments. The chemical evolution of galaxies is linked to their star formation histories as well as to the gas interchange in different environments. We derived star formation rate (SFR) and gaseous metallicity (e.g., oxygen abundance) of star forming galaxies. Combining with GALEX ultraviolet photometry and ALFALFA HI 21 cm data, we examine the relations between SFRs, metallicity, and HI deficiency of galaxies in various regions of the Virgo cluster. We also quantify the degree of ram pressure around galaxy using the ROSAT X-ray surface brightness map. We discuss environmental effects on the chemical properties and evolution of star forming galaxies.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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