ZFIRE: 利用H$\alpha$等值宽度研究$z\sim2$处的原位初始质量函数

我们利用ZFIRE巡天（http://zfire.swinburne.edu.au）研究了一个质量完备（log10(M$_*$/M$_\odot$)~9.3）的102个$z\sim2$处恒星形成星系样本的高质量端初始质量函数（IMF），使用其H$\alpha$等值宽度（H$\alpha$-EW）和静止光学颜色。我们将尘埃校正后的H$\alpha$-EW分布与PEGASE.2和Starburst99合成恒星种群模型预测的恒星形成历史（SFH）进行比较。我们发现存在高H$\alpha$-EW星系超出，比模型预测的Salpeter IMF轨迹高0.3-0.5 dex，且H$\alpha$-EW分布（10-500 \AA）比简单的单调SFH与标准Salpeter斜率IMF所能解释的宽得多。尽管假设恒星与星云线之间没有相对消光差异时这种差异有所缓解，但该结果对观测偏差是稳健的，且没有单一的IMF（即非Salpeter斜率）能够重现数据。我们利用光谱叠加和蒙特卡洛模拟表明，星暴无法解释EW分布。我们研究了其他物理机制，包括恒星旋转变化、双星演化、金属丰度和IMF上限截断等模型。IMF变化和/或具有双星相互作用的极端贫金属（Z~0.1Z$_\odot$）高速旋转恒星是我们数据最合理的解释。如果IMF变化，那么最高的H$\alpha$-EW将需要非常浅的斜率（$\Gamma$>-1.0），且没有单一斜率能够重现数据。因此，IMF必须随机变化。我们得出结论，$z\sim2$处的恒星种群与本地种群存在明显差异，并且没有简单的物理模型可以解释$z\sim2$处H$\alpha$-EW的巨大变化。