[论文解读] The abundance of nitrogen in starburst nucleus galaxies

R. Coziol, Rafael Reyes+3 more|arXiv (Cornell University)|Mar 18, 1999

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 4被引用 5

一句话总结

本文表明，星暴核星系（SBNGs）中氮排放增强的原因在于其氮相对于氧的显著过量，N/O比值与早期型旋涡星系的星系核相当。观测到的N/O-金属丰度关系符合初级+次级氮生成模式，表明在过去的恒星形成爆发期间形成了多代中等质量恒星，将主要爆发活动推后至z ≈ 0.2–0.3，从而将SBNGs与宇宙学上具有重要意义的恒星形成增强时期联系起来。

ABSTRACT

We show that the excess of nitrogen emission observed in a large sample of Starburst Nucleus Galaxies (SBNGs) can only be explained at a given metallicity by an overabundance of nitrogen with respect to normal HII regions in the disks of late-type spirals. The N/O ratios in the SBNGs are comparable to the values found in the bulges of normal early-type spirals, which suggests that what we observe could be the main production of nitrogen in the bulges of these galaxies. The variation of the N/O ratio as a function of metallicity in SBNGs follows a primary + secondary relation, but the increase of nitrogen does not appear as a continuous process. In SBNGs, nitrogen is probably produced by different populations of intermediate-mass stars, which were formed during past sequences of bursts of star formation. This assumption pushes the origin of the main bursts 2-3 Gyrs back in the past. On a cosmological scale, this time interval corresponds to redshifts z = 0.2-0.3, where a significant increase of star formation activity occurred. The origin of the SBNG phenomenon would thus have cosmological implications, it would be related to a more active phase of star formation in the Universe sometime in its recent past.

研究动机与目标

• 调查星暴核星系（SBNGs）相比正常HII区域，其氮发射增强的起源。
• 确定SBNGs中观测到的氮过量是否源于内在化学富集，而非外部过程。
• 探讨SBNGs中氮丰度模式与星系核化学演化之间的关联。
• 利用氮/氧（N/O）丰度比约束SBNGs中过去恒星形成爆发的时间与历史。

提出的方法

• 分析大样本SBNGs的发射线光谱，以测量氮和氧的谱线流量。
• 在假设B型条件和标准碰撞电离平衡的前提下，利用诊断线比计算N/O丰度比。
• 将SBNGs中观测到的N/O比与恒星演化理论模型中初级和次级氮生成的理论结果进行比较。
• 利用N/O-金属丰度关系推断恒星形成历史，特别是中等质量恒星多代爆发的迹象。
• 通过中等质量恒星（1–8 M☉）的氮生成过程建模，以解释观测到的N/O趋势。
• 通过将观测到的N/O比与演化轨迹匹配，估算主要恒星形成爆发的回溯时间，得出红移z ≈ 0.2–0.3。

实验结果

研究问题

• RQ1 与正常HII区域相比，是什么导致了星暴核星系中氮发射的过量？
• RQ2 SBNGs中的N/O比与早期型旋涡星系的核和晚型旋涡星系盘面中的比值相比如何？
• RQ3 中等质量恒星在SBNGs中氮生成中起什么作用，这与观测到的N/O-金属丰度关系有何关联？
• RQ4 基于氮丰度模式，SBNGs中的主要恒星形成爆发发生在何时？
• RQ5 SBNGs中的氮过量对宇宙恒星形成历史具有何种宇宙学意义？

主要发现

• SBNGs中的氮/氧（N/O）比显著高于晚型旋涡星系中正常HII区域的比值，表明存在氮过量。
• SBNGs中观测到的N/O比与早期型旋涡星系核中的比值相当，提示存在共同的化学富集机制。
• SBNGs中的N/O-金属丰度关系符合初级+次级氮生成模式，表明存在多个恒星种群的贡献。
• 氮的增加并非连续过程，而是由涉及中等质量恒星的若干次独立恒星形成爆发所致。
• 推断SBNGs中的主要恒星形成爆发发生于约20–30亿年前，对应红移范围z ≈ 0.2–0.3。
• 该时间点与宇宙近期历史中恒星形成活动显著增强的宇宙学时期一致。