换氧换铁II：氧与铁依赖的宇宙星形成历史
星系天体物理
2025-11-21 v1 高能天体物理现象
摘要
由于它们在核合成来源的不同，恒星群体在不同时间尺度上产生氧 (O) 和铁 (Fe)，其相对丰度可能严重偏离太阳值。星系形成模型应分别处理这些元素，因为它们在塑造物理现象方面发挥着不同作用。例如，氧主要决定气体冷却率，而铁丰度决定恒星大气的透明度，从而影响恒星的演化、光谱和反馈。星系形成观测通常只约束气相氧丰度，极大限制了分离氧和铁宇宙演化的能力。本文提出了一种以观察为导驱动的框架，用于缩放 O 和 Fe 丰度的宇宙演化。我们应用 [O/Fe]-sSFR 关系（Chruslinska 等 2024）推导 Fe 和 O 依赖的宇宙星形成历史 (cSFH)。我们发现，星形成于接近太阳 O/Fe 比例的情况较为罕见：至少 70% 的积分宇宙恒星质量形成于非太阳 O/Fe 比例下。宇宙平均金属丰度在 [Fe/H] 中通常低于 [O/H]（最高可低出3倍），该偏差从红移 z=0 到 z~3 逐渐增大，然后趋近于核台球 O/Fe 比例。我们将结果与探测 Fe 依赖 cSFH 的不同样本进行了验证，如来自长伽玛暴射的吸收法 <[Fe/H]>。我们的结果影响对恒星和星系光谱的解释，并影响与金属贫血祖先相关的暂现象（如黑洞合并）的预测率。
引用
@article{arxiv.2511.15782,
title = {Trading oxygen for iron II. Oxygen- versus iron-dependent cosmic star formation history},
author = {Martyna Chruślińska and Mirko Curti and Ruediger Pakmor and Annalisa De Cia and Jorryt Matthee and Aniket Bhagwat and Stephanie Monty},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.15782},
year = {2025}
}