Wie kann der Fluss der ionisierten Emissionslinie als Funktion zunehmender Metallizität oder Häufigkeit abnehmen?

Metallizität und Fülle

Metallizität

Ohne Angabe eines bestimmten Metalls wird der Begriff "Metallizität" abgekürzt$Z$— bezieht sich in der Regel auf die Gesamtmetallizität aller Elemente, also den Massenanteil aller Metalle an der Gesamtmasse eines Ensembles von Elementen, z. B. eines Sterns, einer Gaswolke, einer Galaxie usw " bezieht sich auf alle Elemente, die nicht Wasserstoff oder Helium sind). Zum Beispiel beträgt die Masse aller Metalle in der Sonne geteilt durch die Masse der Sonne 0,02:

$$Z_\odot \equiv \frac{M_\mathrm{C} + M_\mathrm{N} + M_\mathrm{O} + \ldots}{M_\odot} = 0.02.$$

Manchmal sprechen wir über die Metallizität eines bestimmten Elements, zB Sauerstoff. Der Massenanteil von Sauerstoff in der Sonne beträgt 0,005 (dh Sauerstoff macht 1/4 der Masse aller Metalle aus), so sagen wir$Z_\mathrm{O} = 0.005$.

Leider ist es nicht ungewöhnlich, implizit über die Metallizität eines Objekts zu sprechen, geteilt durch die Metallizität der Sonne , so dass eine Galaxie, die ein Zehntel der Metallizität der Sonne hat, gesagt wird$Z=0.1$, eher, als$Z=0.002$.

Fülle

Der Begriff „Fülle“ wird nur für ein einzelnes Element verwendet. Es drückt im Grunde dasselbe aus wie Metallizität und wird oft synonym verwendet, aber in Zahlen ausgedrückt$N$von Elementkernen und als Verhältnis nicht zu allen Kernen, sondern zu Wasserstoffkernen . Aus verrückten historischen Gründen nehmen wir auch den Logarithmus und fügen einen Faktor von 12 hinzu. Nimmt man wieder Sauerstoff als Beispiel, entspricht der Massenanteil von 0,005 einem Kernanteil von ungefähr$5\times10^{-4}$, also sagen wir, dass die Menge an Sauerstoff ist (z. B. Grevesse (2009) )

$$A(\mathrm{O}) \equiv \log \left( \frac{N_\mathrm{O}}{N_\mathrm{H}} \right) + 12 = 8.7.$$

Metallizität einer bestimmten Spezies im Vergleich zur Gesamtmetallizität

Im Allgemeinen ist das Verhältnis eines bestimmten Elements zu allen Metallen ungefähr konstant. Das heißt, verschiedene Elemente werden von Sternen ungefähr in der gleichen Menge produziert. Aber verschiedene Prozesse können dazu führen, dass Elemente in verschiedenen Formen existieren. Zum Beispiel zerfallen Metalle zu Staub, aber einige Elemente neigen dazu, keinen Staub zu bilden, zB Zn. Aus diesem Grund ist Zn ein besserer Indikator für die Gesamtmetallizität als zB Mg, da die Hälfte des Mg im Staub eingeschlossen sein kann.

Metalle erhöhen die Kühlung

Elemente treten auch in verschiedenen Anregungszuständen auf, die von verschiedenen Prozessen abhängen. Die von Ihnen erwähnten Linien [O II] und [O III] entstehen durch stoßionisierten Sauerstoff, der anschließend rekombiniert (in meiner ersten Antwort schrieb ich fälschlicherweise, dass er angeregt wurde ) und hängen somit von der Temperatur des Gases ab. Mit zunehmender Metallizität des Gases in einer Galaxie wird das Verhältnis der Intensität dieser Linien zu der von Wasserstofflinien (z. B. H$\beta$) steigt wie erwartet zunächst an. Die erhöhte Metallizität ermöglicht jedoch auch eine effizientere Kühlung des Gases. Der Grund dafür ist, dass Metalle viele Ebenen haben, durch die Elektronen nach unten "kaskadieren" können. Rekombiniert das Elektron auf das Niveau, auf dem es zuvor war, wird ein Photon derselben Energie emittiert, das wiederum ein anderes Atom durch Strahlung ionisieren kann. Aber die vielen Niveaus in Metallen machen eine Abregung auf ein mittleres Niveau wahrscheinlicher, so dass das Elektron nach unten kaskadiert und mehrere niederenergetische (Infrarot-) Photonen emittiert, die nicht in der Lage sind, Atome zu ionisieren und somit entkommen. Dadurch verlässt Energie das System, dh das System wird gekühlt.

Dies wiederum bedeutet, dass oberhalb einer bestimmten Metallizitätsschwelle – die für eine bestimmte Art spezifisch ist – die Häufigkeit der durch Kollisionen angeregten Linien abzunehmen beginnt. Die folgende Abbildung stammt aus Stasińska (2002) und zeigt den Umsatz für die beiden Sauerstofflinien:

Das bedeutet, dass die Messung der Metallizität einer einzelnen Spezies im Allgemeinen zwei Lösungen für die Gesamtmetallizität ergibt. Da der Umsatz für verschiedene Elemente unterschiedlich ist, kann glücklicherweise die Messung der Metallizität für mehrere Arten die Gesamtmetallizität einschränken.