JWST показал эволюцию металличности галактик в ранней Вселенной

Международная группа астрономов представила результаты анализа масс-металличности (MZR) и фундаментального соотношения металличности (FMR) для галактик с красным смещением от 1,4 до 7,0. Работа основана на спектроскопических данных инструмента NIRSpec, установленного на космическом телескопе Джеймс Уэбб (JWST). В выборку вошли 601 галактика, участвовавшие в глубоком обзоре JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey).

Для оценки содержания металлов (кислорода) в межзвёздном газе использовались самые современные калибровки, разработанные специально для галактик с высоким красным смещением. Это позволило получить металличности из спектров, объединённых в стопки (стековые спектры) по звёздной массе, красному смещению и отклонению от главной последовательности звездообразования (SFMS).

Главный результат: наклон зависимости масса–металличность слабо меняется от локальных значений до z?5 (? = 0,21 ± 0,03), а нормировка плавно уменьшается с красным смещением со скоростью dlog(O/H)/dz ? ?0,1 до z?4. При z>5 ситуация меняется: для маломассивных галактик металличность продолжает падать, тогда как массивные системы остаются на уровне, характерном для более низких красных смещений, что приводит к более крутому наклону MZR.

Исследователи также выявили слабую антикорреляцию между отклонениями от MZR и отклонениями от SFMS при фиксированной звёздной массе в диапазоне z?1,4–5. Эта связь указывает, что в ранней Вселенной (к z?5) начинает формироваться фундаментальное соотношение металличности, хотя зависимость от темпа звездообразования выражена слабее, чем в современную эпоху.

Сравнение с современными наблюдениями и космологическими симуляциями показало, что ни одна модель не воспроизводит одновременно наблюдаемые наклоны и нормировки на всех красных смещениях. По мнению авторов, это говорит в пользу сценария, где вспышечное звездообразование и сильная обратная связь от звёзд (звёздный ветер, сверхновые) играют ключевую роль в регулировке роста галактик в высоких красных смещениях.

Учёные подчёркивают, что для надёжного ограничения эволюции масштабных соотношений галактик на больших z необходимы существенно более крупные спектроскопические выборки. Работа опубликована на сервере препринтов arXiv и принята к публикации в рецензируемом журнале.