为何银河系拥有金属浓度底限？

最金属贫瘦恒星中常见的轻元素增强，可能表明银河系在星形成过程中存在约 $\sim$10$^{-3.5}$ Z$_{\odot}$ 的金属浓度底限。我们提出，这一金属浓度底限源于银河系初始形成期间存在的矿星中的金属富集星形成。为得出此结论，我们分析了一个跟随多个 Population III 星形成矿星演化的宇宙辐射湍流动力学模拟。矿星中心气体的主要驱动力是随着矿星增长而稳定增加的水动力压力。我们将这一洞察纳入混合一维模型，该模型在压力约束模式和修改自由下落模式之间切换，根据自由下落时间尺度与声跨时间尺度之比来演化气体密度。该模型能够准确再现每个模拟矿星中气体的密度和化学-热演化，直至崩溃临界点。我们随后使用该模型研究气体如何应对 H$_{2}$ 的缺失。没有金属时，中心气体随其增长至原子冷却极限而变得越来越稳定，难以坍缩。然而，当矿星中存在约 $\sim$10$^{-3.7}$ Z$_{\odot}$ 的金属时，气体仍在矿星范围内即可实现引力不稳定。因此，我们得出结论，银河系的金属浓度底限由矿星中气体相位金属冷却与其早期形成环境相关的辐射背景之间的平衡所决定。