再电离纪元星系中的CO谱线发射

我们研究了再电离纪元（EoR）星系中的CO谱线光度（$L_{\rm CO}$）、CO谱线能量分布（SLED）的形状以及CO-to-$\rm H_2$转换因子。为此，我们构建了一个同时考虑辐射转移和激发CO线的巨分子云（GMC）团块结构的模型。然后，我们将其用于后处理一个最先进的、高分辨率（$30\, \rm{pc}$）的宇宙学模拟，模拟了一个$z\approx6$处的主序星系（$M_{*}\approx10^{10}\, \rm{M_{\odot}}$，$SFR\approx 100\,\rm{M_{\odot}\, yr^{-1}}$）“Alth{\ae}a”。我们发现CO发射追踪了Alth{\ae}a的内部分子盘（$r\approx 0.5 \,\rm{kpc}$），CO表面亮度峰值与[CII] 158$\rm \mu m$发射峰值共位。其$L_{\rm CO(1-0)}=10^{4.85}\, \rm{L_{\odot}}$与具有相似恒星质量的本地星系相当。Alth{\ae}a中高的气体面密度（$\Sigma_{gas} \approx 220\, \rm M_{\odot}\, pc^{-2}$）、大的马赫数（\mach$\approx 30$）以及GMC的暖动力学温度（$T_{k}\approx 45 \, \rm K$）导致CO SLED在CO(7-6)跃迁处达到峰值，即相对高$J$，并且CO-to-$\rm H_2$转换因子$\alpha_{\rm CO}\approx 1.5 \, \rm M_{\odot} \rm (K\, km\, s^{-1}\, pc^2)^{-1}$低于银河系。在$5\sigma$下探测（分辨）类似于Alth{\ae}a的星系的CO(7-6)线所需的ALMA观测时间约为$13$ h（约$38$ h）。