哈勃深场北天的分子谱线扫描：对 CO 光度函数和宇宙 H2 密度的约束

基于利用 IRAM Plateau de Bure 干涉仪在哈勃深场北天（HDF-N）进行的盲分子谱线扫描，我们提出了对高红移处 CO 光度函数的直接约束，以及由此得出的分子气体密度 $\rho_{\rm H2}$(z) 的宇宙演化。我们的全 3mm 窗口（79-115 GHz）谱线扫描覆盖了约 7000 Mpc$^3$的宇宙体积，红移范围为 z<0.45、1.01<z<1.89 和 z>2。我们利用 HDF-N 丰富的多波段和光谱数据库，得出了迄今为止对高红移星系 CO 光度的一些最佳约束。我们将分子谱线扫描中的盲 CO 探测（在 companion 论文中介绍）与具有可用光谱红移的星系的堆叠 CO 限制（来自 Keck 的狭缝或掩模光谱以及来自 HST 的光栅光谱）相结合，给出了对高红移 CO 光度函数和 H2 质量密度 $\rho_{\rm H2}$(z) 宇宙演化直至红移 z~3 的首次盲约束。与 $\rho_{\rm H2}$(z) 的经验预测相比，我们的分子谱线扫描中确证探测到的源已经在红移区间<z>~1.5 和<z>~2.7 中对预测的 $\rho_{\rm H2}$(z) 做出了显著贡献。考虑到我们的观测未探测到的具有 CO 光度的星系，其宇宙分子气体密度 $\rho_{\rm H2}$(z) 高于当前预测。然而我们指出，当前的不确定性（特别是光度限制、探测数量以及探测的宇宙体积）是显著的，这种情况随着 ALMA 天文台的兴起即将改变。