用21厘米宇宙学约束第一代恒星形成

在标准$\Lambda$CDM宇宙学中，质量$M_\mathrm{halo}\gtrsim 5\times10^5$ M$_\odot$的极小晕中的第三星族(Pop III)恒星形成提供了首批莱曼$\alpha$ (Ly$\alpha$)光子的恒星源。探测再电离时期全局信号实验(EDGES)已测量到$z\approx 17$处来自中性氢的红移21厘米辐射的强吸收信号，要求在此之前高效形成大质量恒星。本文中，我们研究极小晕中的恒星形成是否在建立产生EDGES吸收特征所需的早期Ly$\alpha$背景中扮演重要角色。我们发现Pop III恒星在提供高红移处必要Ly$\alpha$通量上十分重要，并推导出每个极小晕最佳平均Pop III恒星质量为$\sim$ 750M$_\odot{}$，对应于0.1%的恒星形成效率。此外，在计算中包含重子-暗物质流速度以限制极小晕中Pop~III恒星形成效率很重要。若无此效应，21厘米自旋温度与气体温度间的宇宙黎明耦合将发生于比EDGES所暗示更高的红移。