宇宙学体积模拟中第三星族恒星形成产生的基准金属增丰

我们利用流体动力学与 N 体代码 {\small GIZMO} 结合新开发的、专为宇宙学体积模拟设计的子网格第三星族（Pop~III）Legacy 模型，研究 $z>7$ 时 Pop~III 恒星形成产生的基准金属增丰。在此理想化数值实验中，仅考虑 Pop~III 恒星形成。我们发现，模型给出的 Pop~III 恒星形成率密度（SFRD）在 $z\sim10$ 附近达到峰值 $\sim 10^{-3}\ {\rm M_\odot yr^{-1} Mpc^{-1}}$，与先前数值研究吻合良好，且与观测得到的 Pop~II SFRD 估计一致。平均 Pop~III 金属丰度从 $z=25-7$ 平滑上升，但直到 $z\simeq7$ 才达到恒星形成模式从 Pop~III 向 Pop~II 转变所需的临界金属丰度值 $Z_{\rm crit}=10^{-4}\ Z_\odot$。这表明，尽管单个晕可以抑制原位 Pop~III 恒星形成，但外部增丰不足以在全球范围终止 Pop~III 恒星形成。恒星形成暗物质晕中 Pop~III 恒星形成产生的最大增丰为 $Z\sim10^{-2}\ Z_\odot$，而在外部增丰晕中发现的最小值为 $Z\gtrsim10^{-7}\ Z_\odot$。最后，对我们模拟的、富含 Pop~III 金属的星系际介质（IGM）的模拟观测产生的等效宽度与 $z=7.04$ 处一个极贫金属阻尼莱曼阿尔法（DLA）系统的观测相似，该系统被认为仅由 Pop~III 恒星形成增丰。