ColdSIM 对原始星系 [C II] 辐射的预测

探测高红移星系气体内容的强大工具是 [C II] 158 $\mu$m 亚毫米辐射线之一，由于其低激发电位和强辐射，被视为可能直接探测星际恒星气体的标志。本文我们研究 [C II] 158 $\mu$m 辐射线的来源、演化及其环境依赖性，以及其与 JWST 观测到的高红移星系的恒星质量和星形成活动之间的预期相关性。我们采用一套最新冷气体流体动力学模拟 (ColdSIM)，包括完全耦合的时间依赖原子和分子非平衡化学以及来自金属丰富气体的自洽 [C II] 辐射。我们准确地跟踪 H I、H II 和 $H_2$ 在宇宙背景下的演化，预测了全局和星系尺度的 [C II] 属性。首次我们预测 [C II] 的宇宙质量密度演化，并发现其与来自高分辨率光谱仪对 redshift z = 6 的新测量良好一致。我们发现 [C II] 亮度 $L_{[C II]}$ 与恒星质量之间存在相关性，与来自 ALMA 大型计划的高红移星系结果一致。我们预测 $L_{[C II]}$ 随 redshift 演化的关系与星形成率 (SFR) 之间的关系，并提供了一个可用于更准确替代当前线性关系的 $L_{[C II]}$ 至 SFR 关系的拟合。我们的发现为解释当代和未来观测（如 ALMA 和 JWST）中的高红移探测提供了物理依据，并推动了对早期时期结构形成的认识。