Chemical abundance patterns in Local Group galaxies within cosmological simulations

Abstract

In the context of the concordance cosmology, structure formation in the universe is the result of the amplification, by gravitational effects, of small perturbations in the primeval density field. This results in the formation of structures known as dark matter haloes, where gas collapses and forms stars, giving birth to galaxies. Numerical simulations are an important tool in the theoretical study of galaxy formation and evolution. In the present work, we describe the implementation of a chemical enrichment model in a state-of-the-art cosmological simulation of the Local Group. The simulation includes sub-grid models for the most relevant physical processes. We analyze the chemical and morphological evolution of two galaxies with virial masses similar to that of our Milky Way. For each of the stellar components (disc, bulge and halo), we establish links between their formation history and their chemical evolution. We find that α-element (O, Mg, Si) enrichment happens at early stages of evolution, as their main producers are short-lived stars which end their lives as type II supernova explosions. There is also a gradual contamination with the rest of the elements as type la supernovae and winds of stars in the asymptotic giant branch occur.

En el contexto del modelo cosmológico de concordancia, la formación de estructura en el universo es el resultado de la amplificación, por efectos gravitatorios, de pequeñas perturbaciones en el campo de densidad primigenio. Esto resulta en la formación de estructuras conocidas como halos de materia oscura, donde el gas colapsa y forma estrellas, dando lugar a galaxias. Las simulaciones numéricas son una herramienta importante en el estudio teórico de la formación y evolución de galaxias. En este trabajo describimos la implementación de un modelo de enriquecimiento químico en simulaciones cosmológicas del Grupo Local de última generación. Estas incluyen modelos de subgrilla para los procesos físicos más relevantes. Analizamos la evolución química y morfológica de dos galaxias con masas viriales similares a nuestra Vía Láctea. Para cada una de las componentes estelares (disco, bulbo y halo), establecemos conexiones entre su historia de formación y su evolución química. Encontramos que el enriquecimiento de elementos a (O, Mg, Si) ocurre en etapas tempranas de la evolución, pues sus principales productoras son estrellas de vida corta que devienen en explosiones de supernova tipo II. Hay también una contaminación gradual del resto de los elementos a medida que ocurren supernovas de tipo la y vientos de estrellas en la fase asintótica gigante.