星系穿过星系团的热气体

迎风星系的气体剥离与回落

气体离开星系盘以后，还能回来吗？ 星系团的风能把气体抬出盘面，却未必给它足够的能量逃走。风压减弱后，一部分仍被束缚的气体会回落。要分开看离盘和逃逸：尾巴很长，并不能直接告诉我们星系永久失去了多少燃料。

拖动星系，选择五条已经计算的过团路径。跟着三维气体分布，看哪些气体离盘、哪些仍被束缚，以及盘内还剩多少形成恒星的燃料。

盘内九成气体所在半径 $7.01\,\mathrm{kpc}$

离开盘域的气体 $26.6\,\%$

此刻不受引力束缚的气体 $0\,\%$

盘内恒星形成率 $0.186\,\mathrm{M}_\odot\,\mathrm{yr}^{-1}$

选择一条过团路径

五条已计算路径

0

b/r_c

相对最近接团心的时刻

-2.34

t/\mathrm{Myr}

拖星系换路径，拖金色探针选气体，拖背景转动相机。

正在读取已有长尾的完整代表态。

时钟、视角与模型范围

时间滑块选择原生保存时刻，视角跟随星系中心。换路径会切换整段已计算的过团过程，不会驱动一条新轨道。

$t=-2.34\,\mathrm{Myr},\quad T=498\,\mathrm{Myr}$

局部视角省略远处气体，质量与运动仍完整保留。全景按真实比例容纳当前全部片层。

$V=1300\,\mathrm{km}\,\mathrm{s}^{-1},\quad \tau_\star=2\,\mathrm{Gyr},\quad r=0$

远尾也使用星系中心取样的同一股入流。模型给定外部引力，片层面积固定；气体压力、混合与有限团气体的反作用还未演化。

浅色气体箭头将当前速度乘以 $10\,\mathrm{Myr}$ 画成长度；盘边的两根箭头只标来流方向。

导出时包含整段原生气体记录

模型假设

这个受限模型在固定的恒星盘、核球和暗晕引力中，追踪六十四个轴对称气体片层。星系以恒速沿直线穿过给定的团气体分布，迎风方向固定垂直于盘。每个片层，包括远尾，都使用星系中心取样的同一股入流；这里没有求解局地团气体受力或流体动力学。片层面积固定，气体按二十亿年时标耗尽，质量返回率设为零。盘内恒星形成率只统计指定圆柱体里的气体；五条路径的全局形成率相同。离盘气体仍可能被束缚并回落。另设的全局光度练习使用太阳金属丰度、Salpeter初始质量函数的固定恒星族模型，允许叠加前景尘幕。它不提供盘或尾部颜色，没有追踪新生恒星的位置，也没有把整座星系停止形成恒星归因于风。画面播放独立核验过的一百二十九个原生保存时刻，不插值路径或物理场。

盘内且束缚盘外且束缚此刻正比能

原来哪一层气体被抬高了？

横坐标是初始半径。用金色探针选一个片层，跟随它保存的真实路径。

$i=51$

气体在哪里继续形成恒星

金线统计盘域，蓝线统计所有气体片层。给定同一耗尽规律后，五条路径的全局曲线相同。

在星系中心取样的入流脉冲

每个片层使用相同的入流密度与风速；实际受力还取决于它自己的法向速度，以及剩余气体柱密度。

全局恒星光：另设的形成历史练习

全局波段叠加一群初始年龄一百亿年的老恒星，以及给定的新恒星形成历史。各条过团路径得到相同的全局光度。六亿五千万年后停止形成恒星，是另设的对照输入，不是风算出的结果。

前景尘幕

金线为共同的持续形成历史，粉线为另设的停止历史。两者都采用太阳金属丰度、Salpeter初始质量函数的BC03谱。恒星族模型的质量返回影响光度归一化，没有回流到气体计算；这里不分配盘或尾部颜色。

质量、功与当前来源身份

外部储库提供机械功与耗散能量。这里没有从中推断有限团气体的反作用、热辐射谱或新生恒星的空间分布。

先抓重点

核心问题: 离开盘域，就等于逃出了引力势吗？
一句话直觉: 离盘看位置，束缚还要一起看速度和引力势。

核心数学模型

入流的冲压标尺

P_{\rm inc}(t)=\rho_{\rm COM}(t)V^2,\qquad F_z=A\rho_{\rm COM}|V-v_z|(V-v_z)

入流速度 $V$ 固定。每个片层的面积为 $A$ ，法向速度为 $v_z$ 。密度只在星系中心取样，再施加给所有片层。星系沿直线穿过带平滑外缘的团气体分布，得到一段有限风压脉冲。

位置与束缚

\mathcal D=\{R\leq16\,\mathrm{kpc},\ |z|\leq1\,\mathrm{kpc}\},\qquad e=\tfrac12|\mathbf v|^2+\Phi_{\rm ext}

蓝色圆柱标出统计用的盘域。气体出了这个范围，比能仍可能为负。正比能只描述此刻在固定引力势中的状态；之后的风还可能继续做功。

给定的气体耗尽规律

\dot m=-\frac m{\tau_\star},\quad\tau_\star=2\,\mathrm{Gyr},\qquad {\rm SFR}_{\mathcal D}=\sum_{i\in\mathcal D}\frac{m_i}{\tau_\star}

每个片层无论走到哪里，都按同一条给定规律形成恒星，质量返回率设为零。气体穿过盘域边界，会改变盘内的形成率；把所有片层加起来，五条路径的全局形成率就相同。

力做的功与耗散能量

\dot W=F_zv_z,\qquad\dot Q=F_z(V-v_z)\geq0,\qquad\dot E_{\rm in}=F_zV=\dot W+\dot Q

外部风是给定的能量来源。它提供的能量分成机械功和相对运动的耗散；这里没有演化有限的团气体，也没有预测辐射。气体转成恒星时带走的能量，另存入出生能量记录。

常见难点

长尾与永久损失

容易误解尾巴上的每个点都已经逃逸。

正确理解比较离盘比例与此刻不受引力束缚的比例，再播放“吹起后的回落”。仍被束缚的气体可以两次穿过盘域边界。

选定体积里的恒星形成

容易误解盘内形成率下降，就说明整座星系已经停止形成恒星。

正确理解这个模型在盘外仍使用同一条耗尽规律，全局形成率因此不随风改变。盘内的变化展示燃料被搬走或送回，并没有算出全球停止形成恒星。

动手实验

01
先跟完一次迎风过程
先选“穿过中心”，在接近团心的时刻暂停，把金色探针拖到尾部。
你会看到： 探针选中一个真实的径向片层，位置、速度、束缚状态与保存的能量都属于同一时刻。
02
看气体往回走
选“吹起后的回落”，再从共同起点重播。比较风压峰值前后的盘内形成率。
你会看到： 气体先被抬出盘域，后来可能回来。盘内形成率的回升取决于这些气体此刻的真实位置。
03
换路径，也换个角度看
按住星系拖动，不松手就能切换五条已计算路径；拖背景则转动相机。
你会看到： 换路径会选取另一条完整轨迹。转动相机帮助看清深度，物理读数保持不变。

来源与模型背景

Köppen et al. (2018) — 有限风压脉冲、冲量与回落。这里的轨迹是按所列固定引力和燃料假设独立计算的结果。
Xie et al. (2025) — 剥离算法与暴露历史的差异；论文中的中位数不能拼成某座星系的轨迹。
BC03 / EzGal, 固定教学输入 — Bruzual与Charlot的恒星族模型；EzGal由Conor Mancone与Anthony Gonzalez提供。这里仅包含自行计算的波段积分，原谱另从固定源取得，并保留这份发行包的许可声明。

固定发行包与依赖的许可声明

EzGal

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