星系中气相金属丰度梯度的物理机制

我们提出了一个从第一性原理出发的星系气相金属丰度梯度演化新模型。我们表明金属丰度梯度依赖于四个比值，它们共同描述了金属平衡时标、产生、输运、消耗和损失。我们的模型发现大多数星系金属丰度梯度在所有红移下都处于平衡态。当以金属扩散归一化时，金属丰度梯度由径向平流、金属产生和来自宇宙网的贫金属气体吸积之间的竞争支配。该模型自然解释了在本地旋涡星系、本地矮星系和高红移恒星形成星系中测量的不同梯度。我们使用该模型研究跨红移梯度的宇宙演化，表明类银河系星系中的梯度随时间变陡，与观测和模拟均吻合良好。我们还预测了使用匹配恒星质量和匹配丰度构建的星系样本中金属丰度梯度随红移的演化。我们的模型显示，大质量星系从高到低红移从平流主导机制过渡到吸积主导机制，这反映了从引力驱动到恒星形成反馈驱动湍流的转变。最后，我们表明本地极亮红外星系（大合并）中的梯度和在本地及高红移星系中看到的倒转梯度可能不在平衡态。在本系列后续论文中，我们展示该模型也解释了观测到的星系质量与金属丰度梯度之间以及金属丰度梯度与星系运动学之间的关系。