星系化学演化的普适关系：质量 - 金属丰度关系的起源

我们研究了 $z\lesssim 1.6$ 的质量 - 金属丰度关系。该关系遵循陡峭的斜率，并在恒星质量约为 $10^{10} M_\odot$ 处出现转折或“膝点”。在高于特征转折质量的恒星质量处，随着金属丰度开始饱和，质量 - 金属丰度关系趋于平坦。我们表明，质量 - 金属丰度关系的红移演化仅取决于特征转折质量的演化。金属丰度与归一化至特征转折质量的恒星质量之间的关系与红移无关。我们发现，质量 - 金属丰度关系的红移无关斜率由气体质量与恒星质量之间关系的斜率决定。当气相氧丰度足够高，使得锁定在低质量恒星中的氧量占大质量恒星产生氧量的可观比例时，质量 - 金属丰度关系出现转折。特征转折质量是恒星与气体质量比为 unity 时的恒星质量。数值模拟表明，金属丰度与恒星 - 气体质量比之间的关系是一种与红移无关的普适关系，所有星系在演化过程中都遵循这一关系。质量 - 金属丰度关系源于这种更基本的金属丰度与恒星 - 气体质量比之间的普适关系。我们在拥有恒星质量、金属丰度和气体质量测量数据的本地星系中测试了这种普适金属丰度关系的有效性。数据与普适金属丰度关系一致。我们推导了一个方程，用于根据恒星质量和金属丰度的测量值估算氢气体质量，该方程适用于 $z\lesssim1.6$，并预测了星系气体质量的宇宙学演化。