[论文解读] Evolution of the stellar metallicities of galaxies in the EAGLE simulations

M. E. De Rossi, R. G. Bower+3 more|arXiv (Cornell University)|May 16, 2018

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 5

一句话总结

本研究探讨了EAGLE宇宙学流体动力学模拟中的恒星金属丰度-质量关系，发现固定恒星质量下，金属丰度较低的星系具有更高的气体分数、更高的比恒星形成速率和更年轻的恒星种群。活动星系核（AGN）反馈被证明在调控大质量星系金属丰度方面起着关键作用，AGN反馈被抑制时，$10^{11}\,M_\odot$ 处的金属丰度可上升高达0.3 dex，凸显其在塑造 $M_*-Z_*$ 关系中的核心作用。

ABSTRACT

We study the correlation between stellar mass and stellar metallicity in the Evolution and Assembly of GaLaxies and their Environments (EAGLE) suite of cosmological hydrodynamical simulations. At a given stellar mass, simulated galaxies with lower stellar metallicities show, on average, higher gas fractions, higher specific star formation rates and younger stellar populations. Active galactic nuclei feedback seems to play an important role on the determination of the stellar metallicity at high stellar masses. In general, simulated systems follow a well-defined anticorrelation between stellar metallicity and gas fraction, which does not evolve significantly with redshift. All these trends are consistent with previous findings regarding the metallicity of the star-forming gas in EAGLE.

研究动机与目标

• 在EAGLE模拟中，理解恒星金属丰度 ($Z_*$) 在固定恒星质量 ($M_*$) 下对星系全局属性的次级依赖关系。
• 研究活动星系核（AGN）反馈在高 $M_*$ 下调控 $Z_*$ 的作用，特别是其对 $M_*-Z_*$ 关系斜率的影响。
• 检验观测到的 $Z_*$ 与恒星形成气体分数 ($f_{\rm SF,gas}$) 之间反相关性在红移和模拟空间分辨率下的稳健性。
• 将模拟的 $Z_*$ 趋势与观测到的标度关系进行比较，特别是与关联 $Z_*$、$M_*$ 和 $f_{\rm SF,gas}$ 的“普遍金属丰度关系”进行对比。

提出的方法

• 本研究使用高分辨率EAGLE-Recal-L025N0752模拟分析 $M_*-Z_*$ 关系及其次级依赖关系，包括气体分数、比恒星形成速率（sSFR）和恒星种群年龄。
• 按 $f_{\rm SF,gas}$、sSFR 和恒星种群年龄对星系样本进行分箱，以在固定 $M_*$ 下隔离 $Z_*$ 的趋势。
• 对于AGN反馈分析，采用中等分辨率L050N0752模拟，其AGN加热温度 ($\Delta T_{\rm AGN}$) 变化，包括NOAGN（完全抑制）、Ref（$10^{8.5}$ K）、AGNdT8（$10^8$ K）和AGNdT9（$10^9$ K）。
• 在不同红移下计算中位数 $M_*-Z_*$ 关系及其离散度，误差棒表示第25和第75百分位数。
• 分析将模拟趋势与观测约束以及EAGLE中气体相金属丰度的先前发现进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 在EAGLE模拟中，固定恒星质量 ($M_*$) 下，恒星金属丰度 ($Z_*$) 如何随气体分数、sSFR 和恒星种群年龄变化？
• RQ2 AGN反馈在高质质量下塑造 $M_*-Z_*$ 关系中起什么作用？
• RQ3 在EAGLE模拟中，$Z_*$ 与 $f_{\rm SF,gas}$ 之间的反相关性是否随红移演化？
• RQ4 AGN反馈强度 ($\Delta T_{\rm AGN}$) 的变化如何影响 $M_*-Z_*$ 关系的归一化值和斜率？

主要发现

• 在给定 $M_*$ 下，$Z_*$ 较低的星系具有更高的恒星形成气体分数 ($f_{\rm SF,gas}$)、更高的比恒星形成速率（sSFR）和更年轻的恒星种群。
• $Z_*$ 与 $f_{\rm SF,gas}$ 之间的反相关性很强，且在红移上不发生显著演化，支持了“普遍金属丰度关系”的存在。
• AGN反馈在 $M_* > 10^{10}\,M_\odot$ 时对调控 $Z_*$ 起着关键作用，AGN反馈被抑制时，$M_* \sim 10^{11}\,M_\odot$ 处的 $Z_*$ 可上升高达0.3 dex。
• 随着 $\Delta T_{\rm AGN}$ 增大，$M_*-Z_*$ 关系的斜率减小，表明更强的AGN反馈使关系变平。
• 这些趋势与EAGLE中气体相金属丰度的先前发现一致，强化了反馈、气体含量与金属增益之间联系的证据。