理解早型星系演化的一个新框架

我们最近提出，标量位力定理（$M_s \sim R_e \sigma^2$）与 $L=L'_0 \sigma^\beta(t)$ 定律（其中 L'_0 和 $\beta$ 因星系而异且随时间变化）的结合，可提供一组适用于研究早型星系（ETGs）演化的新方程（Donofrio & Chiosi, 2022）。这些方程能够解释基本平面（FP）的倾斜，并说明 ETGs 在其所有投影中的观测分布。本文中我们分析这些方程的优势，推导真实与模拟星系的 $\beta$ 和 $L'_0$ 参数，并证明依据 $\beta$ 的取值，星系在 FP 投影中只能沿某些允许的方向运动。进而，我们表明，通过气体下落吸积而增质量、并以依赖于恒星速度弥散的恒星形成率形成恒星的简单星系模型，能很好地重现 ETGs 在 FP 投影中的观测分布，并给出与测量值相符的 $\beta$。我们导出 ETGs 的恒星质量、有效半径、速度弥散与光度随 $\beta$ 变化的相互关系，并计算 FP 的系数。随后，利用简单下落模型，我们表明 ETGs 的恒星形成史与依赖于 $\sigma$ 的恒星形成率相容，且在标准星系演化理论中 $\beta$ 的正负取值皆有可能。参数 $\beta(t)$ 为 ETGs 的演化提供了新视角：简言之，i) 它连贯地解释了 FP 及星系在其投影中的运动；ii) 它是其演化的指纹；iii) 它度量了 ETGs 的位力化程度；iv) 最终它使我们能推断其在近过去的演化。