高红移星系巡天：SERRA 模拟

我们介绍 SERRA，一套高分辨率（约 $10\,\rm pc$）的宇宙学 zoom-in 模拟，包含非平衡化学与片上辐射转移。对输出进行后处理以推导星系的 UV+FIR 连续谱与发射线性质。将结果与可用的多波段数据比较，以约束高红移 $6 \lesssim z \lesssim 15$ 星系的物理性质（例如恒星形成率、恒星/气体/尘埃质量、金属丰度）。本旗舰论文聚焦于 $z=7.7$ 子样本，包含 202 个恒星质量 $10^7 M_\odot \lesssim M_\star \lesssim 5\times 10^{10}M_\odot$ 的星系，比恒星形成率从年轻低质量星系的 ${\rm sSFR} \sim 100\,{\rm Gyr}^{-1}$ 到年老大质量星系的 $\sim 10\,{\rm Gyr}^{-1}$ 不等。在该红移处，SERRA 星系通常呈爆发式，即它们位于 Schmidt-Kennicutt 关系之上一个因子 $\kappa_s = 3.03^{+4.9}_{-1.8}$，与近期高红移 [OIII] 与 [CII] 发射体的发现一致。由于致密/团块状形态有效阻挡恒星 UV 光度，它们也显示出相对较大的 ${\rm IRX} = L_{\rm FIR}/L_{\rm UV}$ 值。需注意此结论可能受分子云尺度空间分辨率不足的影响。我们确认早期星系位于标准 $\rm [CII]-SFR$ 关系上；其观测到的 $L_{\rm [OIII]}/L_{\rm [CII]} \simeq 1-10$ 比值可由部分 SERRA 星系再现，无需 top-heavy IMF 和/或异常 C/O 丰度。[OI] 线强度与本地相近，使 ALMA 高红移探测具挑战性但可行（对 ${\rm SFR}=50\,M_\odot\,{\rm yr}^{-1}$ 约需 $6\,\rm hr$）。