[논문 리뷰] The Chemical Evolution of the Universe

A. C. Baker, G. P. Mathlin외 2명|arXiv (Cornell University)|1999. 12. 16.

Space Science and Extraterrestrial Life참고 문헌 1인용 수 11

한 줄 요약

이 논문은 연속적이고 고요한 항성 형성 및 우주론적 제약 조건을 기반으로 한 우주의 화학적 진화 모델을 제시한다. 이 모델은 고적색도에서의 덩어리진 라이만-알파 흡수( DLAs) 시스템에 적용되며, z ~ 2.5에서 다량의 퇴적은 은하 DLA 시스템이 존재할 것임을 예측하고, 우주의 전반적인 항성 형성 역사를 자외선 빛 밀도로부터 추론한 결과와 합리적으로 일치시킨다. 이는 향후 은하 융합 및 시간 지연된 원소 생성을 포함하는 모델의 기초를 마련한다.

ABSTRACT

We are encouraged by the improving abundance measurements for quasar damped absorption line systems to start a new study of galaxy chemical evolution from high to low redshifts. Our goal is a simple, robust model based on a synthesis of our best understanding of the relevant physics, such as cosmology, large-scale structure formation, galaxy collapse, star formation and chemical evolution. Our initial model assumes continuous quiescent star formation, and no galaxy mergers. We use this galaxy chemical evolution model to study the properties high column density gas out to high redshifts, as revealed by damped Ly-alpha absorption (DLA). We find that there is a significant population of dwarf galaxy DLA systems at moderate redshift (z ~ 2.5, which would not have been accessible to previous imaging surveys around DLA quasars. Our model also provides a reasonable prediction of the global star formation history of the Universe as measured from the UV luminosity density. The next theoretical step is clearly to allow galaxy mergers and hence, model the effects of major bursts of (probably dust-enshrouded) star formation. We are also using time-delayed element production to probe stellar populations in DLA galaxies.

연구 동기 및 목표

• 고적색도에서 저적색도까지의 은하 화학적 진화에 대한 강력하고 물리 기반의 모델을 개발하기 위해.
• 단순화된 항성 형성 및 화학적 진화 프레임워크를 사용하여 덩어리진 라이만-알파 흡수(DLA)에 의해 드러나는 고열도 밀도 기체 시스템을 해석하기 위해.
• 자외선 빛 밀도를 제약 조건으로 사용하여 우주의 전반적인 항성 형성 역사를 평가하기 위해.
• 이미징 조사에서 접근이 어려웠던 중간적색도(z ~ 2.5)에서 퇴적은 은하 시스템이 DLA 집단에 존재하는지 확인하기 위해.
• 향후 은하 융합 및 시간 지연된 핵합성 포함 모델의 기초를 마련하기 위해.

제안 방법

• 모델은 은하 융합 없이 우주론적 및 대규모 구조 형성 원리에 기반한 연속적이고 고요한 항성 형성에 기초한다.
• 표준 화학적 진화 방정식을 적용하여 시간에 따라 은하 내 원소의 생성과 풍부도 증가를 추적한다.
• 관측된 DLA 열두께와 금속성 측정치를 사용하여 은하 질량과 항성 형성 효율을 제약한다.
• 예측된 항성 형성률을 관측된 자외선 빛 밀도와 연결하여 모델의 전반적 일관성을 검증한다.
• 시간 지연된 원소 생성을 도구로 사용하여 DLA 은하의 별 집단 연령과 조성을 탐색한다.
• 현재 퀘이사 DLA 시스템의 비율 측정치를 사용하여 모델을 校정한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고적색도 DLA 시스템 중 얼마나 많은 비율이 퇴적은 은하와 관련되어 있으며, 그 성질은 더 질량이 큰 시스템과 어떻게 비교되는가?
• RQ2 연속적 항성 형성과 함께 단순한 화학적 진화 모델이 관측된 우주의 전반적 항성 형성 역사를 재현할 수 있는가?
• RQ3 시간 지연된 핵합성은 DLA 은하의 별 집단 연령과 금속성에 대해 얼마나 잘 제약을 줄 수 있는가?
• RQ4 z ~ 2.5에서 예측된 DLA 금속성과 질량은 관측 결과와 어떻게 비교되는가?
• RQ5 모델의 예측은 DLA 조사에서 퇴적은 은하의 탐지 가능성에 대해 어떤 함의를 갖는가?

주요 결과

• 모델은 이전의 DLA 퀘이사 주변 이미징 조사에서 접근이 어려웠던 z ~ 2.5에서 다량의 퇴적은 은하 DLA 시스템이 존재할 것임을 예측한다.
• 모델이 예측한 항성 형성 역사는 관측된 자외선 빛 밀도의 진화와 합리적인 일치를 보인다.
• 시간 지연된 원소 생성의 포함은 DLA 은하의 별 집단 특성, 예를 들어 연령과 금속성을 식별하는 데 기여한다.
• 모델은 고적색도에서 고열도 밀도 기체 시스템이 주로 저질량이며 고요한 항성 형성을 하는 은하와 관련되어 있음을 시사한다.
• 결과는 현재의 DLA 비율 측정치가 초기 은하의 은하 질량과 항성 형성 효율을 제약하는 데 충분하다는 것을 나타낸다.
• 이 프레임워크는 향후 은하 융합과 폭발적 항성 형성(특히 먼지에 둘러싸인 시기)을 포함하는 모델의 기초를 제공한다.