[論文レビュー] The Chemical Evolution of the Universe

A. C. Baker, G. P. Mathlin+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 16, 1999

Space Science and Extraterrestrial Life参考文献 1被引用数 11

ひとこと要約

本論文は、連続的で静穏な星形成および宇宙論的制約に基づく宇宙の化学的進化モデルを提示する。このモデルは、高赤方偏移におけるダムプド・ライマン・アルファ吸収（DLA）系に適用され、z ~ 2.5における矮星銀河のDLA系の顕著な集団を予測し、UV光度密度から推定される全星形成歴を妥当に再現する。今後の銀河合体や遅延した元素生成を含むモデルの基盤を築く。

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.

研究の動機と目的

• 高赤方偏移から低赤方偏移への銀河の化学的進化を、物理的根拠に基づいた堅牢なモデルを開発すること。
• 簡略化された星形成および化学的進化フレームワークを用いて、ダムプド・ライマン・アルファ吸収（DLA）によって露わにされた高密度ガス系を解釈すること。
• UV光度密度を制約として用いて、宇宙の全星形成歴を評価すること。
• 従来の画像撮像調査では到達できなかった、中程度の赤方偏移（z ~ 2.5）における矮星銀河系がDLA集団に存在するかどうかを特定すること。
• 今後の銀河合体および遅延した核合成を組み込むモデルの基盤を築くこと。

提案手法

• モデルは、宇宙論的および大規模構造形成の原則に基づき、銀河合体を含まず、連続的で静穏な星形成を仮定する。
• 標準的な化学的進化方程式を用いて、時間経過に伴う銀河内での元素生成と豊度の変化を追跡する。
• 観測されたDLAの密度と金属量測定値を用いて、銀河質量および星形成効率を制約する。
• 予測された星形成率を観測されたUV光度密度と結びつけることで、モデルの全般的な整合性を検証する。
• 時間遅延した元素生成を導入し、DLA銀河内の星族の年齢と組成を調査するためのツールとする。
• 現在のクェーサーのダムプド・ライマン・アルファ系からの組成測定値を用いてモデルをキャリブレーションする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高赤方偏移におけるDLA系の何パーセントが矮星銀河に関連しており、それらの性質はより質量の大きな系と比べてどのように異なるか？
• RQ2 連続的星形成を仮定した単純な化学的進化モデルは、観測された宇宙の全星形成歴を再現できるか？
• RQ3 時間遅延した核合成は、DLA銀河内の星族の年齢と金属量をどの程度まで制約できるか？
• RQ4 予測されたDLAの金属量と質量は、z ~ 2.5における観測とどのように一致するか？
• RQ5 モデルの予測は、DLA調査における矮星銀河の検出可能性にどのような意味を持つのか？

主な発見

• モデルは、z ~ 2.5における矮星銀河のDLA系の顕著な集団を予測しており、これは従来のDLAクェーサー周辺の画像調査では到達できなかった。
• モデルが予測する星形成歴は、宇宙の観測されたUV光度密度の進化と妥当な一致を示す。
• 時間遅延した元素生成の導入により、DLA銀河内の星族の特徴（年齢や金属量）の特定が可能になった。
• モデルは、高赤方偏移における高密度ガス系が主に低質量で静穏に星形成している銀河に関連していると示唆する。
• 結果は、現在のDLAの組成測定値が、初期銀河における銀河質量および星形成効率を制約するのに十分であることを示している。
• このフレームワークは、特にダストに包まれた星形成エピソードを含む、今後の銀河合体および不規則な星形成を組み込むモデルの基盤を提供する。