由CO Tully-Fisher关系示踪的分子气体分数演化

一氧化碳（CO）观测显示出随红移演化的光度—线宽相关性。我们提出一种仅利用CO测量来推断分子气体分数（$f_{\rm mol}$）并约束CO—H$_2$转换因子（$\alpha_{\rm CO}$）的方法。我们从文献中汇编了六个星系族的空间积分低-$J$ CO观测，包括$0.01 \leq z \leq 3.26$之间的共计449个星系。每个星系族的CO数据提供了$\alpha_{\rm CO}$归一化的平均分子气体分数（$f_{\rm mol}/\alpha_{\rm CO}$）的估计。因此光度—线宽相关性的红移演化指示了$f_{\rm mol}/\alpha_{\rm CO}$的演化。我们使用基于贝叶斯蒙特卡洛马尔可夫链采样器推导这些星系族的$f_{\rm mol}/\alpha_{\rm CO}$后验概率分布函数，在似然函数中考虑随机倾角和测量误差。我们发现分子气体分数随红移快速演化，对于正常恒星形成星系和星暴星系均有$f_{\rm mol} \propto (1+z)^\beta$，其中$\beta \simeq 2$。此外，该演化趋势与由Kennicutt-Schmidt关系和恒星形成主序推断的趋势吻合良好。最后，在$z < 0.1$处正常恒星形成星系需要比星暴星系约大$5\times$的$\alpha_{\rm CO}$以匹配其分子气体分数，但在$z > 1$处两类恒星形成星系均呈现亚银河系$\alpha_{\rm CO}$值，且正常恒星形成星系显得比星暴星系气体更富丰。该方法的未来应用包括无需倾角修正地校准Tully-Fisher关系，以及利用HI观测推断原子气体分数的演化。