Cosmological Gas Accre/on @ z=2 (with: Hernquist, Kere, - PowerPoint PPT Presentation

Cosmological ¡Gas ¡Accre/on ¡@ ¡z=2 ¡ (with: ¡Hernquist, ¡Kereš, ¡Nelson, ¡Sijacki, ¡Springel, ¡Vogelsberger) ¡ & ¡ Accre/on-­‑driven ¡Turbulence ¡in ¡Disks ¡ (with: ¡Cacciato, ¡Dekel) ¡ Shy ¡Genel ¡(ITC-­‑Harvard) ¡

Outline ¡ • ¡Following ¡gas ¡flow ¡in ¡Arepo ¡with ¡tracer ¡par/cles ¡ • ¡Gas ¡accre/on ¡onto ¡galaxies ¡at ¡z=2 ¡ • ¡Accre/on ¡as ¡a ¡turbulence-­‑driver ¡and ¡implica/ons ¡

Tracer ¡par/cles ¡in ¡Arepo ¡ Genel ¡et ¡al. ¡in ¡prep. ¡ Vogelsberger ¡et ¡al. ¡in ¡prep. ¡ Velocity ¡field ¡tracers: ¡ Monte ¡Carlo ¡tracers: ¡ tracer particle tracer mesh point search circle velocity mass fluxes field

Tracer ¡par/cles ¡in ¡Arepo ¡– ¡uniform ¡flow ¡ Velocity ¡field ¡tracers ¡ Monte ¡Carlo ¡tracers ¡ 1.2 Fixed ¡mesh: ¡ 0.98 0.78 0.59 0.39 Moving ¡mesh: ¡ 0.2

Tracer ¡par/cles ¡in ¡Arepo ¡– ¡turbulence ¡ Driven ¡isothermal ¡turbulence ¡(Bauer ¡& ¡Springel ¡2012), ¡128^3 ¡cells ¡ 4 0 11 x 10 10 Density ¡power ¡spectrum ¡ Density ¡PDF ¡ 10 − 1 10 9 8 − 2 10 7 gas kE � (k) 6 − 3 10 10 MC tracer/cell 5 1 MC tracer/cell gas velocity field tracers 4 − 4 10 100 MC tracers/cell 10 MC tracers/cell 3 1 MC tracer/cell − 5 2 10 1 velocity field tracer/cell 10 velocity field tracers/cell 1 Kolmogorov − 6 10 0 1 2 3 − 0.2 − 0.1 0 0.1 0.2 0.3 10 10 10 log 10 ( � ) k

Tracer ¡par/cles ¡in ¡Arepo ¡– ¡halo ¡centers ¡ Velocity ¡field ¡tracers ¡ Monte ¡Carlo ¡tracers ¡

Accre/on ¡bimodality? ¡ Ocvirk ¡et ¡al. ¡2008 ¡ Dekel ¡et ¡al. ¡ 2009 ¡ Kereš ¡et ¡al. ¡2005 ¡ Kereš ¡et ¡al. ¡2009 ¡

Do ¡cold ¡streams ¡reach ¡the ¡galaxy? ¡ Agertz ¡et ¡al. ¡2009 ¡ Ceverino ¡et ¡al. ¡2009 ¡ Kereš ¡et ¡al. ¡2009 ¡

Maximum ¡past ¡temperature ¡of ¡galaxy ¡gas ¡ • ¡Agreement ¡at ¡M<10 10.5 M sun : ¡T max ¡≈ ¡T vir ¡ • ¡At ¡M>10 10.5 M sun : ¡ ¡ Nelson, ¡Vogelsberger, ¡SG ¡et ¡al. ¡in ¡prep. ¡ • ¡Both ¡codes ¡ show ¡bimodality ¡ • ¡With ¡Gadget, ¡ ‘cold ¡mode’ ¡ dominates ¡ • ¡With ¡Arepo, ¡ ‘hot ¡mode’ ¡ dominates ¡

Cold ¡mode ¡frac/on ¡of ¡galaxy ¡gas ¡ • ¡For ¡a ¡hot/cold ¡cut ¡at ¡Tvir: ¡gradual ¡transi/on ¡from ¡cold-­‑ dominated ¡to ¡hot-­‑dominated ¡at ¡10 10 <M[M sun ]<10 12 ¡ Nelson, ¡Vogelsberger, ¡SG ¡et ¡al. ¡in ¡prep. ¡ • ¡For ¡a ¡fixed ¡ 1.0 1.0 T c =10 5.5 K ¡cut: ¡ 0.8 0.8 ‘transi/on ¡mass’ ¡ Cold Fraction Cold Fraction where ¡T vir (M)≈T c ¡ 0.6 0.6 – ¡no ¡‘cold ¡ 0.4 0.4 accre/on’ ¡where ¡ 0.2 0.2 T max < 1.0 T vir,acc T vir >>T c ¡ ¡ T max < T c = 10 5.5 K 0.0 0.0 10.0 10.0 10.5 10.5 11.0 11.0 11.5 11.5 12.0 12.0 M halo [ log h − 1 M sun ] M halo [ log h − 1 M sun ]

Possible ¡origins ¡of ¡differences ¡ • ¡With ¡Arepo, ¡some ¡ streams ¡heat ¡up ¡ • ¡SPH ¡‘cold ¡blobs/ drizzle’ ¡ • ¡Spurious ¡hea/ng ¡ by ¡dissipa/on ¡of ¡ turbulence ¡in ¡SPH ¡ Nelson, ¡Vogelsberger, ¡SG ¡et ¡al. ¡in ¡prep. ¡

Possible ¡origins ¡of ¡differences ¡ • ¡With ¡Arepo, ¡some ¡ streams ¡heat ¡up ¡ • ¡SPH ¡‘cold ¡blobs/ drizzle’ ¡ • ¡Spurious ¡hea/ng ¡ by ¡dissipa/on ¡of ¡ turbulence ¡in ¡SPH ¡ Torrey ¡et ¡al. ¡in ¡prep. ¡

Possible ¡origins ¡of ¡differences ¡ • ¡With ¡Arepo, ¡some ¡ streams ¡heat ¡up ¡ • ¡SPH ¡‘cold ¡blobs/ drizzle’ ¡ • ¡Spurious ¡hea/ng ¡ by ¡dissipa/on ¡of ¡ turbulence ¡in ¡SPH ¡ (Bauer ¡& ¡Springel ¡2012) ¡ Vogelsberger ¡et ¡al. ¡2012 ¡

Possible ¡origins ¡of ¡differences ¡ Kereš ¡et ¡al. ¡2012 ¡ • ¡With ¡Arepo, ¡some ¡ streams ¡heat ¡up ¡ • ¡SPH ¡‘cold ¡blobs/ drizzle’ ¡ • ¡Spurious ¡hea/ng ¡ by ¡dissipa/on ¡of ¡ turbulence ¡in ¡SPH ¡ (Bauer ¡& ¡Springel ¡2012) ¡ Vogelsberger ¡et ¡al. ¡2012 ¡

Does ¡temperature ¡even ¡mamer? ¡ • ¡Accre/on ¡rate ¡remains ¡high(er) ¡ • ¡Issues ¡possibly ¡more ¡important ¡than ¡temperature ¡are: ¡ • ¡Shocked ¡/ ¡non-­‑shocked? ¡ • ¡Collimated ¡/ ¡spherical? ¡ • ¡Clumpy ¡/ ¡smooth? ¡ • ¡How ¡much ¡angular ¡momentum? ¡

h"p://www.cfa.harvard.edu/itc/research/movingmeshcosmology/ ¡

The ¡Illustris ¡Project ¡ • ¡(75Mpc/h)^3 ¡box ¡with ¡2*1820^3 ¡resolu/on ¡elements ¡ • ¡M>10 14 M sun ¡halos ¡@ ¡z=0, ¡resolving ¡down ¡to ¡M≈10 8 M sun ¡ • ¡WMAP-­‑7 ¡cosmology ¡  ¡DM-­‑only ¡run: ¡done ¡ Genel ¡et ¡al. ¡in ¡prep. ¡ Sijacki ¡et ¡al. ¡in ¡prep. ¡ Vogelsberger ¡et ¡al. ¡in ¡prep. ¡

Illustris ¡galaxy ¡forma/on ¡physics ¡ • ¡Star ¡forma/on ¡and ¡evolu/on: ¡mass ¡loss, ¡SN ¡rates ¡ • ¡Chemical ¡enrichment ¡following ¡9 ¡elements ¡ • ¡Primordial ¡+ ¡metal ¡line ¡cooling ¡ • ¡UV/X-­‑ray ¡cosmic ¡background ¡+ ¡AGN ¡proximity ¡effects ¡ • ¡Galac/c ¡winds ¡ • ¡BH ¡growth, ¡quasar ¡& ¡radio-­‑mode ¡ feedback ¡ Genel ¡et ¡al. ¡in ¡prep. ¡ Sijacki ¡et ¡al. ¡in ¡prep. ¡ Vogelsberger ¡et ¡al. ¡in ¡prep. ¡

Quasi-­‑steady ¡state ¡disks ¡ Self-­‑regula/on ¡to ¡a ¡mass ¡quasi-­‑steady ¡state ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ driven ¡by ¡cosmological ¡accre/on: ¡ M g = ˙ ˙ M cosmo − ˙ ˙ M sink M g ≈ 0 ˙ M g ≈ ˙ M sink = M g τ − 1 M cosmo τ M SFR = M g t − 1 ˙ M g = ˙ M cosmo t SF SF and: ¡ M SFR = ˙ ˙ M cosmo See ¡also ¡Bouché+ ¡2010; ¡Elmegreen ¡& ¡Burkert ¡2010; ¡Davé+ ¡2011 ¡

Quasi-­‑steady ¡state ¡disks ¡ Self-­‑regula/on ¡to ¡a ¡turbulent ¡energy ¡quasi-­‑steady ¡state ¡ driven ¡by ¡cosmological ¡accre/on: ¡ E σ = ˙ ˙ E cosmo − ˙ ˙ E sink E σ ≈ 0 ˙ E σ ≈ ˙ E sink = E σ τ − 1 E cosmo τ E dis = E σ t − 1 ˙ E σ = ˙ E cosmo t dis dis and: ¡ E dis = ˙ ˙ E cosmo

Gravita/onally-­‑driven ¡turbulence ¡ • ¡Wri/ng ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡and ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡, ¡and ¡ E σ ≈ M g σ 2 E cosmo ≈ ˙ ˙ M cosmo V 2 rot combining ¡the ¡steady ¡state ¡results: ¡ r t dis σ = V rot t SF • ¡Taking ¡ t SF ≡ t dyn ≈ t dyn ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡; ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡, ¡ t dis ≡ γ dis t dyn ≈ (1 − 3) t dyn 0 . 02 ✏ SF we ¡obtain ¡a ¡fiducial ¡value: ¡ 2 δ − 1 σ √ = √ ✏ SF � dis ≈ 0 . 2 � ≈ 0 . 3 δ − 1 Q ≈ V rot V rot Genel, ¡Dekel ¡& ¡Caciamo, ¡MNRAS, ¡2012 ¡