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Abstract

Empirically, the star formation rate of a galaxy depends only on its molecular gas mass. However, recent observations indicate that star formation in stellar spheroids systematically falls below these scaling relations. It has been suggested that the global galactic environment can affect the gas dynamics such that star formation is heavily suppressed. This is investigated using a suite of hydrodynamic simulations of isolated galaxies, which includes a new sub-grid model that captures the influence of galactic dynamics on star formation. The parameter space covered by the simulations ranges from disc galaxies to spheroids, with initial gas fractions varying from 1-20 per cent. This enables a detailed exploration of how differences in the gravitational potential affect the gas properties and star formation rate, as well as how it interlinks with the gas fraction. The shear generated by the the deep gravitational potential of spheroids is found to drive turbulence in the gas, leading to a dynamical suppression of fragmentation and star formation. This dynamical suppression of star formation is enhanced at higher stellar surface densities and lower gas fractions. This implies that the physics of star formation can limit and regulate the baryon cycle at low redshifts and high galaxy masses.

Translation of abstract (German)

Empirisch gesehen hängt die Sternentstehungsrate einer Galaxie nur von ihrer molekularen Gasmasse ab. Neuere Beobachtungen zeigen jedoch, dass die Sternentstehung in stellaren Sphäroiden systematisch unterhalb dieser Skalierungsbeziehungen liegt. Es wurde vorgeschlagen, dass die globale galaktische Umgebung die Gasdynamik so beeinflussen kann, dass die Sternentstehung stark unterdrückt wird. Dies wird mit einer Reihe von hydrodynamischen Simulationen isolierter Galaxien untersucht, welche ein neues Sternenstehungsmodell beinhalten, das den Einfluss der galaktischen Dynamik auf die Sternentstehung erfasst. Der von den Simulationen abgedeckte Parameterraum reicht von Scheibengalaxien bis zu Sphäroiden, deren anfängliche Gasanteile von 1-20 Prozent variieren. Dies ermöglicht eine ausführliche Untersuchung der Auswirkungen von unterschiedlichen Gravitationspotentialen auf die Gaseigenschaften und die Sternentstehungsrate, und wie diese mit dem Gasanteil zusammenhängen. Die Scherung, die durch das tiefe Gravitationspotential eines Sphäroids entsteht, erzeugt Turbulenz im Gas, was zu einer dynamischen Unterdrückung der Fragmentierung und Sternentstehung führt. Die dynamische Unterdrückung der Sternentstehung steigt mit höheren stellaren Oberflächendichten und niedrigerem Gasanteil. Dies impliziert, dass die Physik der Sternentstehung den Baryonenkreislauf bei niedrigen Rotverschiebungen und hohen Galaxienmassen begrenzen und regulieren kann.