FIRE-2 模拟中再电离时期的星系金属丰度梯度

我们利用 FIRE-2 宇宙学流体动力学 zoom-in 模拟的高红移样本,研究再电离时期(EoR)星系中气体相金属丰度径向梯度的演化。我们的样本包含 22 个星系,红移范围为 $z \sim 10-5$。我们发现,$z\sim10$ 的星系金属丰度梯度中位数为 $-0.15\,\mathrm{dex\cdot kpc^{-1}}$,且具有较大的弥散;到 $z\sim6$ 时,该梯度逐渐变平至 $-0.1\,\mathrm{dex\cdot kpc^{-1}}$,同时弥散减小。在 EoR 中,金属丰度梯度与恒星质量呈正相关:质量更大的星系表现出更平缓的梯度且弥散更小,这与近期的 JWST 观测大致一致。在固定恒星质量下,具有更高恒星形成率(SFR)的星系表现出更陡的负梯度,而 sSFR 与梯度斜率呈强反相关。由于 FIRE-2 中 EoR 星系通常缺乏显著的旋转支撑,我们采用峰-峰速度剪切与两倍速度弥散之比($\Delta v/2\sigma$)作为气体流动强度的代理。我们发现金属丰度梯度与 $\Delta v/2\sigma$ 之间存在强正相关:具有较低 $\Delta v/2\sigma$(即较弱气体流动)的星系倾向于表现出更陡的负梯度。此外,具有更陡梯度的星系显示出更高的中心 SFR 面密度,表明局域化的恒星形成与低效的星际介质混合驱动了早期宇宙中星系演化的由内向外化学增丰。