恒星形成率—恒星质量关系弥散的起源

观测表明，恒星形成星系的恒星形成率（SFR）与恒星质量（M$_{\rm star}$）遵循一条被称为星系主序的紧密关系。然而，这一关系编码了何种物理信息尚存争议。本文利用 EAGLE 宇宙学流体动力学模拟，研究 SFR-M$_{\rm star}$ 关系弥散的质量依赖性、演化及其起源。在 $z=0$ 时，我们发现弥散随恒星质量略有减小，从 M$_{\rm star} \approx 10^9$ M$_{\odot}$ 处的 0.35 dex 降至 M$_{\rm star} \gtrsim 10^{10.5}$ M$_{\odot}$ 处的 0.30 dex。从 $z=0$ 到 $z=5$，在 M$_{\rm star} \gtrsim 10^{10}$ M$_{\odot}$ 处弥散减小 0.05 dex，而在较低质量处减小 0.15 dex。我们表明，$z=0.1$ 时的弥散源于短时间尺度（范围 0.2–2 Gyr）涨落的组合，这些涨落可能与冷却、恒星形成和外流的自调节有关，但主要由与暗物质晕形成时间差异相关的长时间尺度（$\sim 10$ Gyr）变化所主导。较短时间尺度的涨落对低质量星系相对更为重要。在高质量端，黑洞形成效率的差异引起额外弥散，但也削弱了由不同暗物质晕形成时间导致的弥散。尽管单个星系在演化过程中多次穿越主序，它们围绕与自身暗物质晕性质相关的轨迹涨落，即在 $z = 0.1$ 时位于主序上方/下方的星系往往已在主序上方/下方持续 $\gg1$ Gyr。