星际介质与年轻恒星中的金属丰度涨落统计. I. 方差与相关性

星系的气体和恒星在化学空间中的分布编码了大量关于该星系物理性质和组装历史的信息。然而，目前从化学分布中提取信息的方法，要么基于星系尺度上测量的粗略平均值（例如金属丰度梯度），要么基于在化学空间中寻找可与单个星团或 $\sim 1$ pc 尺度上的气体云相对应的星团。这些方法丢弃了大部分信息，因为在星系中观测到气体和年轻恒星呈分形分布，在所有尺度上均存在相关性，金属的分布很可能也是如此。在本文中，我们引入了基于随机强迫扩散的首个理论模型，能够预测金属场的多尺度统计特性。我们从第一性原理推导了金属分布的方差、相关函数和功率谱，并确定了这些量如何依赖于元素的天体物理起源位点以及星系的大尺度性质。在其他结果中，我们首次解释了为什么在近邻星系的星际介质中观测到的典型丰度散布为 $\approx 0.1$ dex，并预测该散布将在 $\sim 0.5-1$ kpc 的空间尺度和 $\sim 100-300$ Myr 的时间尺度上存在相关性。我们讨论了我们的结果对未来化学标记研究的启示。