带外流的宇宙学模拟中的星系演化 II：金属丰度与气体占比

我们利用宇宙学流体动力学模拟，研究内流、恒星形成和外流如何调控星系的气体和金属含量。在我们的模拟中，星系金属丰度由内流与外流之间的平衡决定，并受质量外流率支配，这意味着质量-金属丰度关系反映了外流率如何随恒星质量（M*）变化。气体含量则由流入星际介质（ISM）与星际介质内气体消耗之间的竞争设定，后者受恒星形成定律支配，而前者则受到风循环和预防性反馈的影响。内流率的随机涨落会使星系偏离平衡的 M*-Z 和 Z*-fgas 关系，其方式与恒星形成率相关，且弥散度由重新达到平衡的时标决定。从 z=3 到 z=0，这两种关系的演化都很缓慢，因为单个星系倾向于主要沿着这些关系演化。在给定 M* 下，气体占比随时间缓慢下降，因为宇宙内流率的衰减速度快于气体消耗率；而金属丰度则缓慢增加，因为落入的气体变得更加富集。采用动量驱动风标度关系的模拟比采用恒定风速的模拟能更好地匹配 z~3-0 的观测结果，但所有模型都预测在低质量端气体占比过低，而在高 M* 端金属丰度过高。我们所有的模型都再现了观测到的质量-金属丰度关系与恒星形成率和环境的第二参数趋势，表明这些趋势是平衡的结果而非反馈的结果。总体而言，我们平衡场景的分析框架广泛地捕捉到了模拟中建立星系气体和金属含量的相关物理过程，这表明重子内流和外流的循环集中支配着典型恒星形成星系中这些性质的宇宙演化。