局部与高红移星系中质量、恒星形成率与金属丰度的基本关系

我们表明，在局部宇宙中观测到的质量-金属丰度关系源于恒星质量 M*、气相金属丰度与 SFR 之间更普遍的关系。局部星系在这个三维空间中定义了一个紧密的面，即基本金属丰度关系（FMR），其金属丰度的残差弥散很小，约为 0.05 dex，即约 12%。在低恒星质量下，金属丰度随 SFR 增加而急剧下降；而在高恒星质量下，金属丰度不依赖于 SFR。高达 z~2.5 的高红移星系被发现遵循由局部 SDSS 星系定义的同一 FMR，没有演化迹象。直至 z=2.5 观测到的质量-金属丰度关系的演化，是由于在红移增加时选择了具有逐渐升高 SFR（因此金属丰度更低）的星系，从而对同一 FMR 的不同部分进行采样。通过引入新量 mu_alpha=log(M*)-alpha log(SFR)（其中 alpha=0.32），我们定义了 FMR 的一个投影，该投影最小化了局部星系的金属丰度散布。同样的量也抵消了直至 z~2.5 的任何红移演化，即所有星系具有相同范围的 mu_0.32 值。在 z>2.5 时，观测到偏离 FMR 约 0.6 dex 的演化，高红移星系表现出更低的金属丰度。FMR 的存在可以通过原始气体吸积与富集物质外流的相互作用来解释。前一种效应导致了金属丰度对 SFR 的依赖，并在高红移时占主导地位；而后一种效应引入了对恒星质量的依赖，并在低红移时占主导地位。这两种效应的结合，连同 Schmidt-Kennicutt 定律，解释了 FMR 的形状以及 mu_0.32 的作用。FMR 周围微小的金属丰度散布支持了局部宇宙中气体吸积的平滑吸积情景。