z < 1.0 处的气体分数与恒星形成效率

在利用 IRAM 30m 望远镜对 39 个红移 $z = 0.6-1.0$ 的星系进行新观测后，我们展示了覆盖 $0.2 < z < 1$ 红移范围的完整 CO 谱线巡天结果。我们的目标是确定导致该时期恒星形成率急剧下降的驱动因素。我们研究了气体分数（定义为 $M_{\text{gas}}/(M_{\text{gas}}+M_{\text{star}})$）和恒星形成效率（SFE，定义为远红外光度与分子气体质量之比 $L_{\text{FIR}}/M(\text{H}_2)$，即气体耗尽时间倒数的度量）。所选源为超亮红外星系（ULIRGs），其 $L_{\text{FIR}} > 10^{12} L_{\odot}$ 且正经历星暴。当我们采用标准的 ULIRG CO-to-H$_2$ 转换因子时，其分子气体耗尽时间小于 100 Myr。我们的完整巡天填补了 $0.2<z<1$ 范围内 CO 观测的空白，覆盖了近一半的宇宙历史。在 $0.6 < z < 1$ 区间内的探测率为 38%（39 个星系中的 15 个），而 $0.2<z<0.6$ 区间的探测率为 60%。平均 CO 光度为 $L'_{\text{CO}} = 1.8 \times 10^{10}$ K km/s pc$^2$，对应平均 H$_2$ 质量为 $1.45 \times 10^{10} M_{\odot}$。通过对 7 个星系同时进行 CO(2-1) 和 CO(4-3) 观测，推导出高气体激发态；结合尘埃质量估算，这支持了我们对样本源选用较低的 ULIRG CO 光度与 H$_2$ 转换因子的选择。我们发现气体分数和 SFE 均随红移显著增加，从 $z=0$ 到 1 增加了 $3 \pm 1$ 倍，因此这两个量在宇宙恒星形成演化中都起着重要作用且互为补充。