CECILIA: 宇宙正午时期的气体相物理条件与多元素化学
星系天体物理
2025-12-10 v2
摘要
宇宙正午时期（z≈2-3）的星系以快速恒星形成和星际介质（ISM）中显著的金属增丰为特征。虽然大量观测证据表明这些星系在化学上与本地宇宙中的星系不同，但直接测量高红移星系大样本的ISM化学组成现在才借助JWST的观测能力成为可能。在CECILIA项目的首篇关键论文中，我们展示了20个宇宙正午星系中直接测量的物理条件和多元素丰度。利用归档的Keck/MOSFIRE数据和新的约30小时NIRSpec光谱观测，我们测量了来自O⁺和S²⁺离子的多个电子气体密度和温度结构。我们发现nₑ[O II]和nₑ[S II]与本地恒星形成星系中的nₑ相当但偏高，且同时测量的Tₑ[O II]和Tₑ[S III]总体上与光致电离模型的Tₑ标度关系一致。CECILIA星系中的O丰度范围为12+log(O/H)=7.76-8.81（12%-131%太阳O/H），代表了迄今为止用JWST测量的最高直接法金属丰度和最低Tₑ（Tₑ[O II]≈6500 K）之一。CECILIA星系表现出显著低于太阳的S/O和Ar/O比值，这是核心坍缩超新星主导增丰的特征。CECILIA星系中N/O-O/H趋势总体上与本地星云的丰度趋势一致，但N/O的大散射可能对恒星形成历史敏感。CECILIA观测表明，极其深入的JWST光谱观测可以揭示典型高红移星系中多元素ISM丰度模式。
引用
@article{arxiv.2509.18257,
title = {CECILIA: Gas-Phase Physical Conditions and Multi-Element Chemistry at Cosmic Noon},
author = {Noah S. J. Rogers and Allison L. Strom and Gwen C. Rudie and Ryan F. Trainor and Caroline von Raesfeld and Menelaos Raptis and Nathalie A. Korhonen Cuestas and Tim B. Miller and Charles C. Steidel and Michael V. Maseda and Yuguang Chen and David R. Law},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.18257},
year = {2025}
}
备注
41 pages, 16 figures, accepted for publication in The Astrophysical Journal Letters