大质量旋涡星系的峰值恒星形成效率与无缺失重子

人们通常认为,在哈勃时标内,星系仅利用其暗物质晕所关联重子的一小部分来形成恒星。这一所谓的低“恒星形成效率” $f_\star\equiv M_\star/f_{\rm b} M_{\rm halo}$(其中 $f_{\rm b}\equiv\Omega_{\rm b}/\Omega_{\rm c}$ 为宇宙学重子分数)预期在接近 $L^\ast$ 处达到峰值(效率约 $20\%$),并在更低和更高质量处急剧下降。我们利用邻近恒星形成星系样本检验了这一点,样本从矮星系($M_\star\simeq 10^7 M_\odot$)到具有 HI 自转曲线和 3.6$\mu$m 测光的高质量旋涡星系($M_\star\simeq 10^{11} M_\odot$)。我们通过变化三个参数——恒星质量-光比、晕 Concentración 和晕质量——以贝叶斯方法拟合观测自转曲线。我们得到两个令人惊讶的结果:1) 恒星形成效率是 $M_\star$ 的单调递增函数,在高质量处无下降迹象;2) 最质量旋涡星系($M_\star\simeq 1-3 \times 10^{11} M_\odot$)具有 $f_\star\approx 0.3-1$,即它们已将晕所关联的重子几乎全部转化为恒星。这些结果表明,恒星形成最高效的星系是大质量旋涡星系(而非 $L^\ast$ 星系),它们达到近 100% 效率,因此一旦将其冷气体与热气体均计入重子预算,它们实际上没有缺失重子。此外,在晕质量直至 $M_{\rm halo}\approx {\rm a\, few}\times 10^{12} M_\odot$ 的星系中,无质量淬灭(mass quenching)恒星形成的证据。