强线诊断法及其红移演化
星系天体物理
2024-10-10 v3
摘要
\textit{JWST} 正在为测量宇宙正午与宇宙黎明之间星系的气相金属丰度提供新的观测数据。最稳健的方法是利用激发态极光跃迁 [\oiii] 4364\,\AA\ 与低能态 [\oiii] 5008\,\AA/4960\,\AA\ 谱线之间的光度比来确定气体温度。后述跃迁的光度与氢 Balmer 系谱线光度之比，进而给出相对纯净的金属丰度估计。在无法探测到 [\oiii] 极光线的情形下，通常利用各种 [\oiii]、[\oii]、[\nii] 和 Balmer 谱线的比值来确定金属丰度。本文提出了一种从这些“强线诊断法”中提取金属丰度的改进方法。该方法利用了 \oiii/\oii\ 区温度与气相金属丰度之间的经验相关性。随后，我们从第一性原理出发，展示了如何利用传统的强线诊断指标 R2、R3、R23、O3O2 和 N2O2 提取金属丰度并打破这些估计中的简并性。我们表明，这些比值还依赖于体积修正因子，即需要考虑 HII 区中处于 \oiii\ 和 \oii\ 的体积占比，但这些因子可以与金属丰度一起自洽地确定。我们利用基于极光线测定得到金属丰度的星系来量化本方法的成功率，并表明其总体上优于以往的经验方法。观测到的谱线比值及其红移演化的散布在很大程度上可由 O3O2 的变化来解释。我们提供了公开的程序代码，用于使用本文方法从强线诊断中提取金属丰度。
引用
@article{arxiv.2312.09213,
title = {Analytical strong line diagnostics and their redshift evolution},
author = {Shengqi Yang and Adam Lidz and Andrew Benson and Swathya Singh Chauhan and Aaron Smith and Hui Li},
journal= {arXiv preprint arXiv:2312.09213},
year = {2024}
}
备注
12 pages, 6 figures