利用JWST对高红移星系化学丰度的自洽直接方法

JWST提供的前所未有的静止系紫外和光学覆盖范围，使得能够同时约束z>5星系中电离气体的电子密度（n$_{\rm e}$）和温度（T$_{\rm e}$）。我们提出了一种基于多个OIII]1661,66)和[OIII]（$\lambda$4363和$\lambda$5007）跃迁的自洽直接方法，以表征高电离区的物理条件。由于OIII]和[OIII]跃迁的高临界密度，这种新方法对广泛的n$_{\rm e}$不敏感。将该技术应用于z=5-9的六个星系，我们在$z>6$的系统中发现了高达n$_{\rm e}$$\sim 3\times 10^{5}$ cm$^{-3}$的电子密度和T$_{\rm e}$$\sim 20,000$ K的温度。考虑这些自洽密度会改变推导出的T$_{\rm e}$，并使推断的金属丰度相对于先前的估计改变多达0.29 dex。我们讨论了我们样本中高$z$星系中报道的N/O过丰度，这完全源于从NIV]谱线推断出的高N$^{3+}$/H$^{+}$值。我们指出，T$_{\rm e}$分层（其中N$^{3+}$区域的T$_{\rm e}$略高于T$_{\rm e}$([OIII])）可以显著降低推断的N/O。定量地，如果T$_{\rm e}$(N$^{3+}$)比T$_{\rm e}$([OIII])高10%，这可能导致N$^{3+}$/O$^{2+}$的系统性高估近50%。经典的N/O诊断如N$^{+}$/O$^{+}$，由于其临界密度，在高密度气体存在时会显著影响推断的N/O丰度，而N$^{2+}$/O$^{2+}$则使这些星系在N/O-O/H平面上更接近$z\sim0$系统。未来更大、更多样化样本的JWST项目对于检验这些结果的普遍性和稳健性至关重要。