恒星形成历史的随机建模 III. 基于物理动机高斯过程的约束

星系形成与演化涉及多种在不同时间尺度上起作用的、本质上随机的过程。扩展调节模型（Extended Regulator model）为这些过程导致的星系尺度恒星形成的变率（或“暴发性”）提供了一个解析框架。它通过将傅里叶空间中的变率与影响巨分子云（GMC）产生与消亡的随机气体流入、平衡及动力学过程的有效时间尺度相联系，利用功率谱密度（PSD）形式体系来实现这一点。我们利用一般随机过程的 PSD 与自协方差函数（ACF）之间的联系，将该模型重新表述为自协方差函数，并借此使用在 log SFR 空间中基于物理动机的高斯过程来建模星系恒星形成历史（SFHs）中的变率。随后，利用恒星种群合成模型，我们探究了模型随机性的变化如何影响到与银河系、现今矮星系以及更高红移处性质相似的星系族的光谱特征。我们发现，即使在固定散射下，对随机性模型的扰动（改变时间尺度 vs 总体变率）会在理想化和更现实的星系族中留下独特的光谱特征。包括 H$\alpha$ 和基于 UV 的 SFR 指示符、H$\delta$ 与 Ca-H,K 吸收线强度、D$_n$(4000) 和宽带颜色在内的光谱特征分布，为来自 Hubble、Webb 和 Roman 当前及未来巡天的星系族提供了可检验的预言。该高斯过程 SFH 框架为下一代 SED 建模工具提供了物理协方差模型的快速、灵活实现。复现我们结果的代码可在 https://github.com/kartheikiyer/GP-SFH 找到。