早期宇宙中的金属工厂

我们测量了红移 z~4 处 13 个亚毫米星系分子气体中的金属质量，此前的观测表明这些气体位于冷的旋转盘中。我们利用三种整体金属含量示踪体——碳原子、一氧化碳分子和尘埃颗粒——的亚毫米谱线或连续辐射，使用这三者首次同时定标（Dunne 等人 2022）来测量金属质量。我们从不同示踪体得到了非常相似的质量估计，其与当今大质量早型星系的整个金属含量相近。我们利用这些星系的动力学质量设定了每个星系中分子气体质量的上限，从而得以设定气体中金属丰度的下限，发现许多星系的数值远高于太阳值。我们使用化学演化模型表明，在星系形成后不久，对于顶端重初始质量函数（IMF），如此高的金属质量和丰度是预期的。我们提出了一个星系演化图景：大质量星系在形成阶段达到高金属丰度，随后通过与被较低质量星系的干并合逐渐降低。我们利用化学演化模型表明，形成阶段大质量早型星系外流中的金属能在数量上解释一个长期存在的谜题，即星系团中约 75% 的金属位于星系团内气体中而非星系内。