Как может уменьшиться поток в линиях ионизированного излучения в зависимости от увеличения металличности или содержания?

Металличность и изобилие

металличность

Без указания данного металла термин «металличность» — сокращенно$Z$— обычно относится к общей металличности всех элементов, т. е. массовой доле всех металлов к общей массе некоторого ансамбля элементов, например звезды, газового облака, галактики и т. д. (как обычно, термин «металлический «относится ко всем элементам, кроме водорода или гелия). Например, масса всех металлов на Солнце, деленная на массу Солнца, равна 0,02:

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

Иногда мы говорим о металличности данного элемента, например кислорода. Массовая доля кислорода на Солнце равна 0,005 (т.е. кислород составляет 1/4 всех металлов по массе), поэтому мы говорим$Z_\mathrm{O} = 0.005$.

К сожалению, нередко неявно говорят о металличности объекта, разделенной на металличность Солнца , так что говорят, что галактика, имеющая одну десятую металличности Солнца, имеет$Z=0.1$, скорее, чем$Z=0.002$.

Избыток

Термин «изобилие» используется только для одного элемента. По сути, он выражает то же самое, что и металличность, и часто используется взаимозаменяемо, но выражается в виде числа.$N$ядер элементов, а как отношение не ко всем ядрам, а к ядрам водорода . По дурацким историческим причинам мы также возьмем логарифм и добавим коэффициент 12. Возьмем снова кислород в качестве примера, массовая доля 0,005 соответствует доле ядер примерно$5\times10^{-4}$, поэтому мы говорим, что изобилие кислорода (например , Grevesse (2009) )

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

Металличность данного вида по сравнению с общей металличностью

В общем, отношение данного элемента ко всем металлам примерно постоянно. То есть различные элементы производятся звездами примерно в одинаковом количестве. Но различные процессы могут привести к тому, что элементы будут существовать в различных формах. Например, металлы превращаются в пыль, но некоторые элементы не образуют пыли, например Zn. По этой причине Zn является лучшим показателем общей металличности, чем, например, Mg, поскольку половина Mg может быть заперта в пыли.

Металлы увеличивают охлаждение

Элементы также находятся в различных состояниях возбуждения, которые зависят от различных процессов. Упомянутые вами линии [O II] и [O III] возникают из-за столкновительно ионизированного кислорода, который впоследствии рекомбинирует (в моем первом ответе я ошибочно написал, что он был возбужден ) и, таким образом, зависят от температуры газа. По мере увеличения металличности газа в галактике отношение интенсивности этих линий к интенсивности линий водорода (например, H$\beta$) сначала увеличивается, как и ожидалось. Однако повышенная металличность также позволяет более эффективно охлаждать газ. Причина в том, что металлы имеют много уровней, по которым электрон может «каскадировать» вниз. Если электрон рекомбинирует на тот уровень, на котором он был раньше, будет испущен фотон той же энергии, который сам может радиационно ионизировать другой атом. Но множество уровней в металлах делает девозбуждение до промежуточного уровня более вероятным, так что электрон падает каскадом вниз, испуская несколько низкоэнергетических (инфракрасных) фотонов, которые не способны ионизовать атомы и, таким образом, улетают. В результате энергия уходит из системы, т.е. система охлаждается.

Это, в свою очередь, означает, что выше определенного порога металличности, специфичного для данного вида, количество столкновительно-возбужденных линий начинает уменьшаться. Следующий рисунок взят из работы Стасинской (2002) и показывает оборот двух кислородных линий:

Это означает, что измерение металличности одного вида обычно дает два решения для общей металличности. К счастью, поскольку кругооборот у разных элементов разный, измерение металличности нескольких видов может ограничить общую металличность.