第三星族恒星：隐匿还是消失？

预测当恒星形成气体的金属丰度跨越临界范围 $Z_{cr} = 10^{-5 \pm 1} Z_{\odot}$ 时，会发生从大质量恒星到正常恒星的第三星族（Pop III）向第二星族（Pop II）的过渡。为了研究该过程的宇宙学意义，我们使用了数值模拟，追踪了 Pop III 和 Pop II 恒星的演化、金属增丰及能量沉积。我们发现：(i) 由于外流对重元素传输效率低下以及层级增长过程中缓慢的“遗传”传递，平均金属丰度周围存在巨大涨落；结果是 Pop III 恒星形成持续至红移 $z=2.5$，但在 $z \sim 6$ 处峰值率仅为 $10^{-5} M_{\odot} \text{ yr}^{-1} \text{ Mpc}^{-3}$（约为 Pop II 的 $10^{-4}$）；(ii) Pop III 恒星形成以“由内而外”的模式进行，形成区域逐渐局限于坍缩结构的边缘，那里的低气体密度和相应的长自由落体时标导致极低的核合成效率。这些结论强烈鼓励在中等红移 ($2<z<5$) 处深入搜寻原始恒星形成区，无金属恒星很可能隐匿其中。