宇宙星际形成历史的解析模型

我们使用简单的解析推理来识别驱动冷暗物质宇宙中星际形成密度演化的物理过程。基于我们的分析，我们构建了一个模型来表征星际形成历史的红移依赖性，并将其与包括星际形成和反馈的动力学模拟结果进行比较。在早期，密度足够高且冷却时间足够短，以至于在所有可以通过原子过程冷却的暗物质星系中都存在大量可供星际形成的气体。因此，星际形成密度在z减小时普遍呈指数上升，独立于星际形成物理模型的细节，但取决于宇宙功率谱的归一化和形状。在这个演化阶段由引力驱动的星系质量函数生长主导。在低红移时，密度随宇宙膨胀而下降，导致冷却受抑制，限制了可供星际形成气体的数量。我们发现，在这个 regime 中，星际形成率大约与星系内部的冷却率成正比。我们推导了完整星际形成历史的解析表达式，并显示它们与我们的模拟结果吻合得更好。使用各种近似，我们将表达式简化为一个简单的解析拟合函数，可用于计算与星际形成历史直接相关的全球宇宙量。作为例子，我们考虑了整合的恒星密度、可在地球上观察到的超新星和伽玛暴射率、宇宙金属浓度历史以及致密天体的密度。（已节选）