氦的星系化学演化模型构建

我们在一区和多区模型中研究了氦-4（$^4$He）的星系化学演化（GCE），特别关注了IMF平均产率的理论预测和经验约束。已发表的大质量星风和核心坍缩超新星模型，其IMF平均的$^4$He产率$y\mathrm{_{He}^{CC}}$相差2到3倍。已发表的中等质量渐近巨星支（AGB）恒星模型在IMF平均产率$y\mathrm{_{He}^{AGB}}$上表现出更好的一致性，并且它们预测该产率的一半以上来自质量为$M=4-8 M_\odot$的恒星，这使得AGB的$^4$He富集相较于来自Ia型超新星的Fe富集更为迅速。尽管我们的GCE模型包含了许多潜在的复杂因素，但较短的富集时间延迟和预测产率对金属丰度的温和依赖性使得结果相当简单：在广泛的金属丰度和年龄范围内，非原初的$^4$He质量分数$\Delta Y = Y-Y_{\mathrm{P}}$与快速产生的$\alpha$元素（如氧）的丰度成正比，满足$\Delta Y/Z_{\mathrm{O}} \approx (y\mathrm{_{He}^{CC}}+y\mathrm{_{He}^{AGB}})/y\mathrm{_{O}^{CC}}$。使用我们基准的氧产率$y\mathrm{_{O}^{CC}}=0.0071$来重现太阳丰度，意味着$y\mathrm{_{He}^{CC}}+y\mathrm{_{He}^{AGB}} \approx 0.022$，即每单位太阳质量的恒星形成活动净产生$0.022M_\odot$的$^4$He。采用此产率归一化的GCE模型与大多数现有观测结果一致，尽管所隐含的$y\mathrm{_{He}^{CC}}$与大多数已发表的大质量恒星模型相比偏低。在广泛的金属丰度和[$\alpha$/Fe]比值范围内，对恒星和气体中的$\Delta Y$进行更精确的测量，可以更严格地检验我们的模型，要么证实我们计算所描绘的简单图景，要么揭示这第二丰富元素演化中的意外之处。