[论文解读] Oxygen and nitrogen abundances in nearby galaxies. Correlations between oxygen abundance and macroscopic properties

L. S. Pilyugin, J. M. Vı́lchez+1 more|ArXiv.org|Jul 1, 2004

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 179被引用 191

一句话总结

本研究汇编了来自54个旋涡星系的1,000多个H ii区域光谱，采用P方法重新估算氧和氮的丰度，以实现对温度敏感谱线的一致分析，发现氧丰度与光度、旋转速度和形态类型均呈强相关性，其中与旋转速度的相关性最为紧密。基于P方法得出的光度-金属丰度关系与基于R₂₃校准的成果显著不同，且NGC 5457中直接基于Te的丰度与这一新关系一致，但与基于R₂₃的方法结果相冲突。

ABSTRACT

We performed a compilation of more than 1000 published spectra of HII regions in spiral galaxies. The oxygen and nitrogen abundances in each HII region were recomputed in a homogeneous way, using the P-method. The radial distributions of oxygen and nitrogen abundances were derived. The correlations between oxygen abundance and macroscopic properties are examined. There is a significant difference between the L-Z relationship obtained here and that based on the oxygen abundances determined through the R_23-calibrations. The oxygen abundance of NGC 5457 recently determined using direct measurements of Te (Kennicutt, Bresolin & Garnett 2003) agrees with the L-Z relationship derived here, but is in conflict with the L-Z relationship derived with the R_23-based oxygen abundances. The obtained L-Z relation for spirals is compared to that for irregulars. Our sample of galaxies shows evidence that the slope of the O/H-M_B relationship for spirals is slightly more shallow than that for irregulars. The effective oxygen yields were estimated for spiral and irregular galaxies. The effective oxygen yield increases with increasing luminosity from M_B=-11 to M_B=-18 (or with increasing rotation velocity from Vrot=10 km/s to Vrot=100 km/s) and then remains approximately constant. Irregular galaxies from our sample have effective oxygen yields lowered by a factor of 3 at maximum, i.e. irregular galaxies usually keep at least 1/3 of the oxygen they manufactured during their evolution.

研究动机与目标

• 汇编并统一处理来自1,000多个旋涡星系H ii区域光谱中的氧和氮丰度测量值。
• 使用P方法重新计算丰度，以实现一致的、基于温度的分析，避免基于R₂₃校准的偏差。
• 研究氧丰度与星系宏观属性（如光度、旋转速度和形态类型）之间的相关性。
• 将旋涡星系中的光度-金属丰度关系与不规则星系进行比较，并评估有效氧产率的差异。
• 解决文献中直接基于Te的丰度（如NGC 5457）与基于R₂₃的丰度测定结果之间的不一致。

提出的方法

• 从文献中收集并汇编了54个旋涡星系中1,000多个H ii区域的光谱数据。
• 使用P方法重新计算氧和氮的丰度，该方法依赖于温度敏感的[O iii] λ4363线比值，以实现精确的金属丰度测定。
• 推导出氧和氮的径向丰度分布，包括中心丰度外推和丰度梯度。
• 以每个星系在r = 0.4R₂₅（等面等深半径）处的氧丰度作为其特征丰度的代表性值。
• 利用P方法获得的丰度构建光度-金属丰度关系和旋转速度-金属丰度关系。
• 通过将观测到的丰度与封闭盒模型预测值进行比较，估算有效氧产率（y_eff），以评估质量损失效率。

实验结果

研究问题

• RQ1 旋涡星系中H ii区域的氧和氮丰度如何与光度、旋转速度和形态类型等宏观属性相关？
• RQ2 基于P方法获得的光度-金属丰度关系与基于R₂₃校准方法获得的关系相比有何不同？
• RQ3 NGC 5457中直接基于Te的氧丰度是否与P方法推导出的光度-金属丰度关系一致，还是与基于R₂₃的关系一致？
• RQ4 旋涡星系中的有效氧产率与不规则星系相比如何？其随光度或旋转速度如何变化？
• RQ5 旋涡星系与不规则星系在O/H–M_B关系中的斜率差异具有何种意义？

主要发现

• 旋涡星系中的氧丰度与旋转速度的相关性最强，其相关性略优于与光度或形态类型的相关性。
• 基于P方法获得的光度-金属丰度关系与基于R₂₃校准的方法显著不同，后者在高光度时系统高估了金属丰度。
• NGC 5457中直接基于Te的氧丰度（1.685 ×尺度长度）与基于P方法的光度-金属丰度关系一致，但与Garnett（2002）基于R₂₃的关系相冲突。
• 旋涡星系的O/H–M_B关系斜率为–0.079 ± 0.018，比不规则星系的斜率（–0.139 ± 0.011）更平缓，表明金属丰度在旋涡星系中对光度的依赖性更弱。
• 有效氧产率从M_B ~ –11增至M_B ~ –18（或V_rot从~10增至~100 km s⁻¹）后趋于饱和，表明更明亮的星系中金属保留效率更高。
• 样本中的不规则星系至少保留了其生成氧的1/3，表明有效氧产率最多被降低3倍，与Garnett（2002）估计的高达90–95%的损失形成对比。