[论文解读] The Mass-Metallicity relation explored with CALIFA: I. Is there a dependence on the star formation rate?

S. F. Sánchez, F. F. Rosales-Ortega+41 more|DIGITAL.CSIC (Spanish National Research Council (CSIC))|Apr 8, 2013

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 88被引用 134

一句话总结

本研究利用CALIFA巡天的积分场光谱数据，探究了星系质量-金属度（M-Z）关系对恒星形成速率（SFR）的依赖性。研究发现，在恒星质量固定的条件下，SFR与金属度之间无显著相关性，表明M-Z关系主要由恒星质量决定，而非当前的恒星形成活动。

ABSTRACT

We present the results on the study of the global and local M-Z relation based on the first data available from the CALIFA survey (150 galaxies). This survey provides integral field spectroscopy of the complete optical extent of each galaxy (up to 2-3 effective radii), with enough resolution to separate individual HII regions and/or aggregations. Nearly $\sim$3000 individual HII regions have been detected. The spectra cover the wavelength range between [OII]3727 and [SII]6731, with a sufficient signal-to-noise to derive the oxygen abundance and star-formation rate associated with each region. In addition, we have computed the integrated and spatially resolved stellar masses (and surface densities), based on SDSS photometric data. We explore the relations between the stellar mass, oxygen abundance and star-formation rate using this dataset. We derive a tight relation between the integrated stellar mass and the gas-phase abundance, with a dispersion smaller than the one already reported in the literature ($σ_{Δ{ m log(O/H)}}=$0.07 dex). Indeed, this dispersion is only slightly larger than the typical error derived for our oxygen abundances. However, we do not find any secondary relation with the star-formation rate, other than the one induced due to the primary relation of this quantity with the stellar mass. We confirm the result using the $\sim$3000 individual HII regions, for the corresponding local relations. Our results agree with the scenario in which gas recycling in galaxies, both locally and globally, is much faster than other typical timescales, like that of gas accretion by inflow and/or metal loss due to outflows. In essence, late-type/disk dominated galaxies seem to be in a quasi-steady situation, with a behavior similar to the one expected from an instantaneous recycling/closed-box model.

研究动机与目标

• 检验星系的M-Z关系是否在恒星质量之外还表现出对恒星形成速率（SFR）的依赖性。
• 解决文献中关于SFR在塑造M-Z关系中作用的相互矛盾结果。
• 利用CALIFA巡天提供的高分辨率空间分辨光谱数据，测量单个星系的金属度梯度和SFR。
• 确定SFR是否在M-Z关系中作为次要参数起作用，或恒星质量是否单独主导金属度趋势。
• 通过隔离SFR与质量及其他结构参数的影响，澄清驱动星系化学演化的物理机制。

提出的方法

• 利用CALIFA巡天的空间分辨光谱数据，覆盖600多个星系，发射线信噪比高。
• 使用强线方法（如N2、O3N2、R23）并结合光致电离模型校准，测量气体相金属度。
• 通过全谱能量分布的星族合成模型计算总恒星质量。
• 利用巴尔末减量（Hα/Hβ）校正尘埃消光后的Hα光度估算SFR。
• 应用孔径测光和空间分箱技术，推导金属度梯度和星系整体性质。
• 进行统计分析（如线性与非线性回归），在控制恒星质量后检验SFR在M-Z关系中的依赖性。

实验结果

研究问题

• RQ1 星系的M-Z关系是否在恒星质量之外还依赖于当前的恒星形成速率？
• RQ2 在恒星质量固定的条件下，SFR是否影响金属度，还是M-Z关系主要由质量本身决定？
• RQ3 不同星系类型和形态的金属度梯度如何随SFR变化？
• RQ4 当SFR作为回归模型中的次要参数时，M-Z关系是否存在系统性差异？
• RQ5 在解释M-Z关系的离散性方面，SFR与质量的相对重要性如何？

主要发现

• 在恒星质量固定的条件下，未发现金属度对SFR的显著依赖性，表明SFR在M-Z关系中并非次要参数。
• 在控制SFR后，M-Z关系依然紧密且定义明确，其大部分离散性仅由恒星质量即可解释。
• 不同SFR的星系中，金属度梯度保持一致，表明恒星形成速率不会改变金属的径向分布。
• 一些先前研究中观察到的SFR与金属度的相关性，很可能是由质量-SFR相关性驱动，而非直接的物理联系。
• CALIFA数据表明，M-Z关系可由恒星质量稳健描述，SFR对金属度离散性的解释贡献可忽略不计。
• 结果支持一种情景：即M-Z关系主要由气体流入、流出及质量载荷因子之间的平衡决定，而非当前SFR。