探索 $3 < z < 5$ 星系的质-金属丰度关系

长时伽马射线暴（GRBs）因其极高的亮度和与大质量恒星的关联，为研究高红移恒星形成星系提供了首要工具。本文利用GRBs研究红移 $z \sim 3-5$ 处的星系质-金属丰度（M*-Z）关系，在该红移范围内，传统的直接金属丰度测量极具挑战性。我们利用从余辉吸收光谱推导出的长时GRB宿主星系星际介质金属丰度（$Z \sim 0.01-1$ 太阳丰度），并结合由20个GRB宿主星系的深度斯皮策3.6微米观测确定的宿主星系恒星质量。我们探测到约1/4的宿主星系，其I波段绝对星等 $M \sim -21.5$ 至 $-22.5$ AB星等，并通过叠加分析将剩余宿主星系的星等限制为 $M > -19$ 星等。利用简单星族（年龄为70 Myr至约2 Gyr）的保守质光比范围，我们推断了宿主恒星质量，并给出了红移 $z \sim 3-5$（平均红移 $\langle z \rangle \sim 3.5$）处的星系质-金属丰度测量结果。我们发现，被探测到的GRB宿主星系（恒星质量 $M_* \sim 2 \times 10^{10}$ 太阳质量）显示出广泛的金属丰度范围，但在此质量尺度上的平均金属丰度（$Z \sim 0.1$ 太阳丰度）低于红移 $z < 3$ 处的测量值。结合对未被探测到的宿主星系（恒星质量 $M_* < 4 \times 10^9$ 太阳质量，金属丰度 $Z < 0.03$ 太阳丰度）的叠加分析，我们找到了红移 $z \sim 3.5$ 处存在M*-Z关系的证据，并且该关系从红移 $z \sim 2$ 起持续向系统更低的金属丰度演化。