微型晕中第三代恒星形成的自洽半解析模型

第一代恒星的形成标志着宇宙历史上的一个分水岭时刻。作为最早的发光结构,这些恒星(也称为第三代恒星,或 Pop III 恒星)孕育了第一批星系,并开启了再电离过程。我们构建了一个解析模型,以在涨落的紫外背景、来自早期宇宙的暗物质-重子相对速度遗迹以及 X 射线背景存在的情况下,自洽地追踪微型晕内 Pop III 恒星的形成;这些背景和因素主要起到抑制气体冷却和延迟这第一代恒星形成的作用。我们展示了该框架在一个早期恒星形成的半解析模型中的效用,该模型还追踪了这些晕内 Pop III 与 Pop II 恒星形成之间的转换。利用我们为允许 Pop III 恒星形成的判据提出的新方案,我们追踪了从 $z=50$ 到 $z=6$ 的暗物质晕族群,并考察了全局恒星形成历史,发现每个过程都定义了其自身的关键时期:(i) 流速度在最高红移处($z\gtrsim30$)占主导地位;(ii) 紫外背景在中间时期($30\gtrsim z\gtrsim15$)起决定性作用;(iii) X 射线在最晚时期($z\lesssim 15$)控制着 Pop III 恒星形成的终结。在我们所有的模型中,Pop III 恒星持续形成直至 $z\sim 7-10$,届时它们的超新星将有可能被即将到来的仪器观测到。最后,我们在原子氢的全局 21-cm 自旋翻转信号中识别出了 Pop III 物理变化的特征。