A-SLOTH揭示原始恒星的本质

第一代恒星(PopIII)太暗，无法直接观测，也可能存活时间太短，难以进行局部观测。因此，我们依赖于模拟和间接观测来约束原始恒星的特性。在本研究中，我们基于九个独立可观测量对半分析模型A-SLOTH(Ancient Stars and Local Observables by Tracing Halos)进行校准。这些可观测量涵盖了以银河系为特有的变量和宇宙学代表性变量，确保了校准过程的全面性。该校准方法确保A-SLOTH对早期宇宙中恒星形成过程的表述具有稳健性，使模拟值与观测基准在多样化参数上保持一致。校准过程的结果是为描述早期宇宙恒星形成的11项重要参数提供最佳拟合值及其不确定性，例如原始恒星初始质量函数(IMF)的形状或光子逃逸率。我们的最佳拟合模型显示，PopIII IMF的斜率更陡，$dN/dM \propto M^{-1.77}$，优于文献中常提出的对数平坦模型，同时也具有较高的最小质量$M_{\rm min} = 13.6$ $M_\odot$和最大质量$M_{\rm max} = 197$ $M_\odot$。然而，我们强调，IMF生成参数难以受到约束，例如IMF斜率可能从对数平坦变化为Salpeter。我们还提供了数据产品，如延迟时间分布、离子化和金属丰富气泡的尺寸分布，以及所有11个输入参数之间的相关图。本研究通过A-SLOTH理解早期恒星形成，为理解早期宇宙恒星形成的复杂过程提供了宝贵的见解。