[论文解读] Evolution of Stars and Gas in Galaxies

B. M. Tinsley|arXiv (Cornell University)|Mar 3, 2022

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 64

一句话总结

对星系中星体群、化学演化和光度性质相互关系的综合综述，重点关注初始质量函数、恒星形成历史以及环境/动力学效应。

ABSTRACT

Essentially everything of astronomical interest is either part of a galaxy, or from a galaxy, or otherwise relevant to the origin or evolution of galaxies. Diverse examples are that the isotropic composition of meteorites provides clues to the history of star formation billions of years ago, and cosmological tests for the deceleration of the Universe are strongly affected by changes in the luminosities of galaxies during the lookback time sampled. The aim of this article is to review some of the vital connections that galaxy evolution makes among many astronomical phenomena.

研究动机与目标

• 解释星体群如何在不同形态类型的星系中追踪形成与演化。
• 概述星系中的化学演化过程，包括核合成与气体流动。
• 描述星系的光度性质如何随着恒星形成历史和恒星演化而变化。
• 讨论动力学、环境及星系相互作用在塑造化学与光度学演化中的作用。

提出的方法

• 用正式符号定义并讨论初始质量函数（IMF）和恒星形成率（SFR）：n(m) dm = phi(m) psi(t) dm dt 及归一化。
• 给出并解读太阳邻近区的IMF，包括恒定和随时间变化的SFR情景。
• 提供解析的IMF近似，作为分段幂律，其斜率在 m^-(1+x) 中对应于 -x（例如 Eq. 2.9 中的四个段）。
• 通过积分关系（例如 Eq. 2.4–2.7）将当代恒星质量分布 n(m) 与过去和现在的 SFR 联系起来。
• 讨论来自恒星计数、光度函数和质-光比的 IMF 观测约束。
• 概述金属丰度、气体流动和恒星形成历史如何影响化学与光度学演化。

实验结果

研究问题

• RQ1 星体群及其演化如何驱动跨哈勃类型的星系可观察光度性质？
• RQ2 太阳邻近区的IMF形式为何，以及它如何与过去和现在的恒星形成率相关？
• RQ3 化学富集与气体流动如何形塑星系及其半径内的金属丰度分布？
• RQ4 IMF 在多大程度上是通用的，还是随环境或时间在星系间存在差异？
• RQ5 动力学过程和环境相互作用如何影响星系的化学与光度学演化？

主要发现

• 星系在形态、星体群和ISM含量之间存在广泛的相关性，早型系统具有更老、偏红的星体群，晚型系统则存在持续的恒星形成。
• 星系中的化学丰度从中心向外递减，平均金属丰度往往与星系光度呈正相关。
• 太阳邻近区的 IMF 不能很好地用单一幂律来描述；更好地用在高质量段斜率增大的分段式来表示。
• 对于质量在 0.4–50 Msun 的恒星，太阳邻近区的当代 SFR 大约是 3.0 Msun pc^-2 Gyr^-1，给定特定的 IMF 归一化。
• 当代质量分布 n(m) 与 IMF 可以通过恒星计数、寿命和 SFR 历史来约束，借助关系如 n(m) = ∫ φ(m) ψ(t) dt，以及在恒定或缓慢变化的 SFR 下的简化形式。
• 晕盘星体群显示出不同的金属丰度和形成历史，晕球星通常更金属贫乏且更为古老。