固定恒星质量下星系恒星形成、半径与结构的非单调关系

我们研究了在 $z<0.0674$ 且轴比 $b/a>0.5$ 的约 $\sim2.9\times10^{4}$ 个中心星系样本中，星系结构与恒星形成率（SFR）之间的关系。恒星形成主序（SFMS）在恒星质量 $M_\ast\leq{}M_c=2\times10^{10}{}M_{\odot}$ 附近出现弯曲。在 $M_\ast\leq{}M_c$ 时，SFMS 遵循幂律关系 $\text{SFR}\propto{}M_\ast^{0.85}$，而在高质量端则变平。$M_c$ 对应于发生位力激波的暗物质晕质量 $M_\text{vir}\sim{}10^{11.8}M_{\odot}$。在固定 $M_\ast$ 时，某些星系结构（如半光半径 $R_e$）在 SFMS 上表现出非单调依赖关系。我们发现固定 $M_\ast$ 时 $\text{SFR}\propto{R_e^{-0.28}}$，这与全局 Kennicutt-Schmidt (KS) 定律一致。这一发现表明星系大小对 SFMS 的弥散有贡献。然而，在 $M_\ast>M_c$ 时，SFR 与 $R_e$ 之间的关系减弱。位于 SFMS 均值之上的低质量星系半径较小，表现出与同等质量的绿谷（GV）和静寂星系相似的致密且中心集中的轮廓，并具有较高的 $M_{\text{H}_2}/M_\text{HI}$。相反，位于 SFMS 之下的星系半径较大、密度较低，在同等质量下没有 GV 或静寂对应体，且 $M_{\text{H}_2}/M_\text{HI}$ 较低。上述数据表明了淬灭低质量星系（$M_\ast\leq{}M_c$）的两种路径：一种是在 SFMS 上改变形态的快速路径，另一种是不改变形态的慢速路径。在 $M_c$ 之上，SFMS 以下的星系在结构上类似于 GV 和静寂星系，这意味着它们在 SFMS 内部就已经历了结构转变。对于这些大质量星系，颜色梯度（CG）表现出强烈的双峰分布，其中 SFMS 星系表现出负的颜色梯度，表明大部分恒星形成发生在其外围区域，从而使其维持在 SFMS 内。