[论文解读] Bimodal star formation in elliptical galaxies and the enrichment of the intra-cluster medium

D. Elbaz, M. Arnaud+1 more|ArXiv.org|May 23, 1995

Astronomy and Astrophysical Research被引用 4

一句话总结

本文提出了一种椭圆星系中的双模恒星形成模型，其中初始的大量恒星形成爆发（m > 3 M☉）驱动强烈的星系风，并通过核心塌缩超新星（SNII）产生大部分铁。随后，由富集气体和恒星喷射物驱动的平静恒星形成持续维持星系的演化，成功解释了椭圆星系和星系团内介质（ICM）中观测到的铁丰度。

ABSTRACT

A detailed model of galactic evolution is proposed to explain both the iron content of the Intra-Cluster Medium (ICM) and of the ellipticals pertaining to the cluster. SNII are responsible for the production of Fe in the galaxies and of its partial ejection in the surrounding medium. A high formation rate of massive stars only ($m>3~{ m M_{\sun}}$) at the very early stage of evolution of ellipticals, reminiscent of starburst galaxies, is advocated. The high rate of SNII explosions induces a powerful galactic wind, followed by a more quiescent evolution where stars are formed, with a normal Initial Mass Function (IMF), from the enriched gas remaining after the wind phase and from the gas restored by the longest living stars produced during the early phase. Most of the iron is produced by the high-mass stars created in the early burst phase.

研究动机与目标

• 解决椭圆星系和星系团内介质（ICM）之间观测到的铁丰度差异问题。
• 解释为何椭圆星系中的铁含量低于恒星核合成标准模型的预测值。
• 通过将星系团椭圆星系的恒星形成历史与超新星产率联系起来，解释星系团内介质中观测到的Fe/H比值。
• 模拟星系风在将铁从星系喷射到星系团内介质中的作用。

提出的方法

• 通过两个不同阶段建模星系演化：初始的高大质量恒星形成爆发，随后是平静阶段。
• 在早期爆发阶段使用高大质量函数（IMF）以增强SNII的产生率和铁的生成。
• 模拟由SNII能量输入驱动的星系风喷射，将部分富集铁的气体排出。
• 追踪铁和其他元素通过恒星产率、超新星反馈和气体循环的演化过程。
• 将模型对星系和ICM中Fe/H的预测与观测数据进行比较。
• 纳入初始爆发中长寿命恒星的贡献，以支持由富集气体驱动的后期恒星形成。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何星系团内介质（ICM）中的铁丰度高于椭圆星系铁含量的预期值？
• RQ2 双阶段恒星形成历史能否同时解释观测到的椭圆星系和ICM中的铁含量？
• RQ3 核心塌缩超新星（SNII）在将铁从星系喷射到ICM中起什么作用？
• RQ4 大质量恒星（m > 3 M☉）的高初始恒星形成率如何影响星系风和金属喷射？
• RQ5 结合早期星暴和后期平静恒星形成，能否重现ICM中观测到的Fe/H比值？

主要发现

• 初始的大质量恒星形成爆发（m > 3 M☉）产生了椭圆星系和ICM中观测到的大部分铁。
• 由SNII爆炸驱动的星系风将大量铁喷射出星系，解释了其在ICM中的存在。
• 由富集气体和恒星喷射物驱动的平静恒星形成阶段，维持了星系的光度和金属含量。
• 该模型成功再现了ICM中观测到的铁丰度，无需引入额外的铁源。
• 双模恒星形成情景将椭圆星系和ICM中观测到的Fe/H比值与SNII的理论产率协调一致。
• 高初始恒星形成率与星暴状条件一致，随后是长期、低水平的恒星形成阶段。