JWST揭示高红移氮增强星系：星暴驱动下的氮丰化机制与化学演化新图景

《Monthly Notices of the Royal Astronomical Society》：Diverse Histories and Common Origins of Nitrogen-enhanced JWST Galaxies

　　

摘要

早期JWST光谱揭示了具有强氮过剩的星系，挑战了星系化学演化模型。利用公开的JWST巡天数据，我们构建了一个包含76个N/O增强星系（NOEGs）的样本，红移范围为4 < z < 8.5，这是迄今为止高红移最大的样本。在z ~ 4到7之间，NOEG的比例从约3%上升到约18%——远高于本地测量的约2%——这可能是由更爆发性的、星团主导的恒星形成所驱动的。氮最丰富的星系的叠加光谱显示出低金属丰度沃尔夫-拉叶（WR）恒星的特征，这可能是星暴最初几百万年（Myr）内初级氮的可能来源，其紫外和光学连续谱由年轻恒星的辐射主导，在某些情况下巴尔末跳跃明显可见。许多NOEG还表现出电离外流：40%显示出次级 [$\text{O,}\text{textsc}iii$ ] 和 Hα 成分，而其余星系的叠加光谱显示出展宽、偏移的 Hα，但没有对应的禁线，这表明存在被尘埃衰减或消退的外流。后者的连续谱显示出微弱的巴尔末断裂，表明这些星系已经度过了最近的星暴期。这表明在初始富集后的最初几百万年内，外流稀释了气体的金属丰度，并使由低金属丰度渐近巨星支（AGB）恒星驱动的 N/O 增强得以重新发生。我们得出结论，NOEG 是在最近一次爆发后短暂被捕捉到的：要么是在约 10 Myr 内，此时 WR 风驱动氮富集；要么是在 30–40 Myr 后，此时 AGB 风接管——跟随由辐射或超新星反馈驱动的外流，这与最近的化学演化模型一致。