跨宇宙时代 M/L 比值的和解: 巨型星系的统一 IMF

星体初始质量函数 (IMF) 被认为在最为繁重的星系核心中呈底重态,即低质量星相对于银河系有过量. 然而,对 $2<z<5$ 区间安静星系的运动学研究发现 M/L 比值表明 IMF 更轻. 更轻的 IMF 也被提出用于解释 JWST 在 $z>7$ 所发现的显著星系,以减轻与星系形成模型之间的紧张关系. 本文我们探讨"滑坡" IMF,其同时具备底重态(低质量星系较斜)和顶重态(高质量星系较平坦)特征. 我们推导出一种符合本地宇宙测量且在高红移时产生相对较低 M/L 比值的 IMF. 该统一 IMF 在 0.08-0.5 Msun 区间的斜率为 $\gamma_1=2.40\pm0.09$,在 0.5-1 Msun 区间的斜率为 $\gamma_2=2.00\pm0.14$,在 >1 Msun 区间的斜率为 $\gamma_3=1.85\pm0.11$. IMF 参数 $\alpha$ (相对于银河系 IMF 的质量过量)范围从当代星系的 $\log(\alpha)\approx+0.3$ 到其星形前体的 $\log(\alpha)\approx-0.1$. 该统一 IMF仅适用于最为繁重的星系的中心区域,其速度分散约为 300 km/s,以及其前体. 然而,它可以推广到已测量的 $\alpha$ 与 $\sigma$ 之间的关系. 我们得出以下关于银河系 IMF 的修改建议,适用于 $\sigma\gtrsim 160$ km/s 的星系: $\gamma_1\approx1.3+4.3\log\sigma_{160}$; $\gamma_2\approx2.3-1.2\log\sigma_{160}$; $\gamma_3\approx2.3-1.7\log\sigma_{160}$,其中 $\sigma_{160}=\sigma/160$ km/s. 如果星系主要向内部生长,以至于速度分散相对稳定,则这些关系也应适用于高红移时代.