星系恒星形成率序列的起源：演化与弥散

我们使用盘状星系的半解析模型来探索星系恒星形成率序列（恒星形成率与恒星质量之间的紧密相关性）的时间演化及其小弥散的起源。在固定恒星质量下，恒星形成率从红移~2到现今的急剧下降是以下因素的结果：首先，盘状星系处于稳态，其恒星形成率遵循净（即流入减去流出）气体吸积率。恒星形成率序列的演化由宇宙学比吸积率的演化决定，该演化正比于$(1+z)^{2.25}$，但发现与反馈无关。尽管反馈决定了外流率，但它使星系沿恒星形成率序列移动，而不改变其零点。其次，吸积率向恒星形成率的转化是通过气体密度而非气体质量实现的。尽管模型中的恒星形成率是气体质量分数和气体密度的增函数，但只有气体密度被预测会随红移显著演化。第三，恒星形成由分子气体提供燃料。由于分子气体分数随气体密度增加而单调递增，模型预测分子气体分数有强烈演化，从红移0到红移~2增加了一个数量级。另一方面，模型预测原子气体的有效面密度约为10 M_sun pc^{-2}，与红移、恒星质量或反馈无关。我们的模型表明，恒星形成率序列的弥散反映了气体吸积历史的差异，因此对恒星质量、红移或反馈不敏感。暗晕自旋的大弥散贡献可忽略，因为它使星系沿恒星形成率序列弥散。这一点的观测结果是，恒星形成率序列的弥散与星系盘的大小（包括恒星和气体）无关。