暗物质时代坍缩晕的 21cm 信号：包含详细的分子冷却处理

背景。为了理解第一代恒星的形成，对坍缩气体云中热过程和化学过程的详细描述是必不可少的。分子冷却，特别是通过 H2 的冷却，在触发导致恒星形成的热不稳定性方面起着重要作用。21cm 氢线是探测早期宇宙黑暗时代第一批坍缩结构的潜在探针，并且它受气体温度演化的影响。目标。我们旨在研究第一代恒星形成之前气体晕中的分子冷却，特别关注 H2 冷却如何影响气体温度。此外，我们探讨了在第一批超密区域坍缩期间，21cm 氢线对这些冷却过程的敏感性。结果。我们引入了 \texttt{CHEMFAST} 代码，该代码追踪化学丰度的演化并计算坍缩晕中的 21cm 中性氢信号。我们的结果表明，分子冷却显著影响质量在 $10^6$ 到 $10^9$ M$_\odot$ 之间的坍缩气体云内部的气体温度，进而影响 21cm 信号。该信号表现出一个不同于较简单膨胀模型所预测的发射特征。结论。坍缩气体云内的 21cm 亮度温度表现出由分子冷却驱动的发射特征，与气体温度演化密切呼应。这使得暗物质时代的 21cm 信号成为研究早期宇宙热过程和结构形成的有前景的探针。