用星系爆发循环解释高红移质量-金属丰度关系的微弱演化

近期观测表明，在 $z \gtrsim 5$ 时气相质量-金属丰度关系（MZR）近乎恒定，这与许多理论预测相符。这种演化的缺失与 $z \lesssim 3$ 时的观测形成对比，后者发现 MZR 的归一化随红移降低而增加。我们分析了一组高红移的 FIRE-2 宇宙学 zoom-in 模拟，以确定 MZR 的物理驱动因素。先前的研究用微弱演化或饱和的气体分数来解释高红移 MZR 的微弱演化，但我们发现仅凭这一点无法解释 FIRE-2 中的演化。相反，恒星反馈在剧烈的恒星形成爆发后将富集气体驱出星系，重置了它们的星际介质，并将其历史划分为不同的“爆发循环”。我们开发了“约化爆发模型”，这是一个简化的气体调节器模型，成功再现了模拟的 MZR 并确定了其演化的主导驱动因素。随着红移降低，在固定恒星质量下，由于富集气体风再循环的增加，爆发循环内流入气体的金属丰度增加。同时，在这些循环内，每单位流入气体质量由恒星产生的金属质量减少，这是因为流入星系的每单位气体质量的恒星形成减少。这两个过程对中位金属丰度的影响大致抵消，使得 MZR 在 $z = 5 - 12$ 保持恒定。在固定恒星质量下，模拟预测在由 $\rm H\alpha$ 导出的恒星形成率较高时气相金属丰度较低，这与基本金属丰度关系（FMR）定性一致，但在静止紫外波段选取的样本中该效应减弱。