星系 [CII] 线发射的物理模型

在本地星系中观测到 [CII]158$\mu$m 线光度与恒星形成率之间的紧密关系。然而，在高红移（$z>5$）处，观测到更大的弥散，其中有相当大比例（15-20%）的离群点表现为 [CII] 缺乏。此外，这些源的 [CII] 面亮度（$\Sigma_{\rm CII}$）系统性地低于本地关系所预期的。为澄清这种 [CII] 缺乏的起源，我们开发了一个拟合本地 [CII] 数据的解析模型，并已通过使用 CLOUDY 进行的辐射转移模拟进行了验证。该模型预测 $\Sigma_{\rm CII}$ 随表面恒星形成率（$\Sigma_*$）整体增加。然而，当 $\Sigma_* > 1 M_\odot~{\rm yr}^{-1}~{\rm kpc}^{-2}$ 时，$\Sigma_{\rm CII}$ 饱和。我们得出结论，低光度 [CII] 系统可由三个因素共同导致：(a) 对 Kennicutt-Schmidt 关系的较大向上偏离（$\kappa_s \gg 1$），由“暴发性”参数 $\kappa_s$ 参数化；(b) 低金属丰度；(c) 低气体密度，至少对最极端的源（例如 CR7）如此。仅对 [CII] 发射的观测无法打破上述三个参数之间的简并；这需要来自其他发射线（例如 [OIII]88$\mu$m、CIII]1909A、CO 线）的附加信息。给出了用于解释低红移和高-$z$ 星系可用数据的简单公式。