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尋找星系金屬含量的最佳預(yù)測(cè)器

發(fā)表于 2025-12-07 13:59:32 來(lái)源：骨軟筋酥網(wǎng)

預(yù)測(cè)的氣相金屬性（Zg）與測(cè)量的氣相金屬性。學(xué)分:uux.cn/天文學(xué)與天體物理學(xué)（2023年）。金屬佳預(yù)DOI:10.1051/0004-6361/202346708
（神秘的含量地球uux.cn）據(jù)美國(guó)物理學(xué)家組織網(wǎng)（大衛(wèi)·阿佩爾）：一組天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，星系中恒星的測(cè)器總質(zhì)量并不能很好地預(yù)測(cè)星系中重元素的豐度，根據(jù)先前的尋找星系研究，這是金屬佳預(yù)一個(gè)令人驚訝的結(jié)果。相反，含量星系的測(cè)器引力勢(shì)是一個(gè)更好的預(yù)測(cè)指標(biāo)。這些發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《天文學(xué)與天體物理學(xué)》雜志上。尋找星系
這很重要，金屬佳預(yù)因?yàn)樵谡{(diào)查和分類星系時(shí)，含量“標(biāo)度關(guān)系”在理解星系形成和演化方面起著重要作用。測(cè)器如果已知某些更簡(jiǎn)單的尋找星系屬性，例如質(zhì)量、金屬佳預(yù)大小、含量光度和顏色等屬性之間的趨勢(shì)，它們是有助于預(yù)測(cè)恒星、星云和星系的其他屬性的重要關(guān)系。
在研究星系時(shí)，一個(gè)經(jīng)常被報(bào)道的關(guān)系是星系的“金屬性”。由于宇宙中絕大多數(shù)普通（非暗物質(zhì)）質(zhì)量——約98%——是氫或氦，天文學(xué)家將其余部分稱為“金屬”，并將它們的豐度稱為“金屬性”。金屬是在大爆炸后很久（相對(duì)而言）才產(chǎn)生的，因此物體的金屬性程度是大爆炸后恒星活動(dòng)的標(biāo)志。
金屬性被定義為金屬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)除以恒星、星云或星系的質(zhì)量。（實(shí)際上，天文學(xué)家有幾種計(jì)算金屬性的方法，但都表示較重元素的程度。）實(shí)際上，通常只有氧或鐵被用作金屬性的代表。氧是宇宙中最豐富的重元素，鐵也很常見(jiàn)，因?yàn)樗凶罘€(wěn)定的原子核。
在目前的研究中，由西班牙格林納達(dá)大學(xué)的勞拉·桑切斯-門吉亞諾領(lǐng)導(dǎo)的研究小組使用了來(lái)自美國(guó)新墨西哥阿帕奇角天文臺(tái)的鄰近星系測(cè)繪調(diào)查的3000多個(gè)鄰近恒星形成星系的數(shù)據(jù)。
尋找星系金屬含量的最佳預(yù)測(cè)器

各種星系參數(shù)對(duì)氣相金屬性標(biāo)度關(guān)系的相對(duì)重要性。φ是重子引力勢(shì)。信用:uux.cn/許可協(xié)議下的開(kāi)放訪問(wèn)（知識(shí)共享署名4.0國(guó)際許可）。
該小組使用了描述這組星系中每個(gè)星系某些方面的148個(gè)參數(shù)，使用一種稱為“隨機(jī)森林回歸算法”的計(jì)算機(jī)算法來(lái)建立整個(gè)星系組的許多星系參數(shù)之間的比例關(guān)系，以找到最能預(yù)測(cè)星系氣相金屬度的參數(shù)，即星系星際介質(zhì)中氣體的金屬度。
對(duì)于氣相金屬性，他們使用氧豐度（一種追蹤星系演化的化學(xué)物質(zhì)）與氫質(zhì)量的比率作為代理，該比率是在一個(gè)有效星系半徑的距離處測(cè)量的。
星系中的金屬含量逐漸增加，因?yàn)楹阈窃谛窍抵胁粩嘈纬桑S著恒星變成超新星，它們所有的元素質(zhì)量都噴入星系星際介質(zhì)中。星系的內(nèi)部過(guò)程以及其他外部過(guò)程都會(huì)在氣相金屬性上留下印記，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)這是了解星系特征和發(fā)展的一個(gè)非常強(qiáng)大的工具。
隨機(jī)森林算法是一種受監(jiān)督的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，天文學(xué)家在天文學(xué)界廣泛使用該技術(shù)并取得了巨大成功。該技術(shù)使用決策樹(shù)的組合來(lái)查找包含輸出信息最多的輸入要素或目標(biāo)要素。這里的輸入特征是許多星系屬性，目標(biāo)特征是氣相金屬性。
最終，通過(guò)決策樹(shù)的多種組合，該算法創(chuàng)建了一個(gè)模型，以使用許多輸入要素值的一組條件來(lái)預(yù)測(cè)目標(biāo)要素。
回歸表明，氣相金屬性的最佳預(yù)測(cè)因子是星系的重子引力勢(shì)，即恒星質(zhì)量與有效半徑的比值。（引力常數(shù)G不包括在內(nèi)，因?yàn)樗皇且粋€(gè)常數(shù)，如果需要的話，可以隨時(shí)添加進(jìn)來(lái)。)
重子是一種粒子，像質(zhì)子或中子一樣，由三種成分組成——夸克。這些粒子通過(guò)強(qiáng)力相互作用，因此電子不是重子。（無(wú)論如何，質(zhì)子和中子的質(zhì)量幾乎是電子的2000倍，因此電子對(duì)恒星和星際質(zhì)量的貢獻(xiàn)非常小。)
星系的重子引力勢(shì)給出了比星系恒星質(zhì)量更好的氣相金屬豐度預(yù)測(cè)。事實(shí)上，分析表明，最強(qiáng)的相關(guān)性是比率（恒星總質(zhì)量與有效半徑之比）的0.6次方。對(duì)于質(zhì)量在太陽(yáng)質(zhì)量3億到3千億倍之間的星系來(lái)說(shuō)，結(jié)果是好的。該組織認(rèn)為，小于1的0.6次方是銀河系中包含暗物質(zhì)的原因。
桑切斯-門吉亞諾說(shuō):“找到最緊密和最基本的關(guān)系有助于我們提高對(duì)星系運(yùn)行方式的理解，這對(duì)完善未來(lái)的模擬至關(guān)重要。”“現(xiàn)在重要的是研究這個(gè)參數(shù)在星系一生中經(jīng)歷的其他過(guò)程中的作用，以提高我們對(duì)星系形成和演化的全球過(guò)程的理解。”
盡管如此，該研究確實(shí)發(fā)現(xiàn)了證據(jù)表明，僅憑重子引力勢(shì)無(wú)法預(yù)測(cè)氣相金屬性，其他次要參數(shù)可能在決定氣相金屬性方面發(fā)揮重要作用。未來(lái)的研究正在進(jìn)行中，以進(jìn)一步調(diào)查這些關(guān)系。

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