[CII] 与分子气体关系的宇宙学演化

[CII] 158 $\mu$m 谱线被广泛用于追踪高红移星系的恒星形成与气体含量。然而，在何种物理条件下它能可靠地追踪分子气体储库，以及是否存在一个独特的转换因子 $\alpha_{\rm [CII]}$ 可应用于整个宇宙时间尺度，仍不清楚。我们利用 Vintergatan 模拟（一个类似银河系的高分辨率宇宙学放大模拟）研究了从 $z\simeq10$ 到 $z\simeq0.2$ 期间 [CII] 光度与分子气体质量之间关系的演化。我们对模拟快照进行后处理，使用 Skirt 辐射传输代码生成合成的 [CII] 数据立方体。我们测量了 [CII] 光度（$L_{\rm [CII]}$）、恒星形成率（SFR）和分子气体质量（$M_{\rm mol}$）之间的全局和空间分辨（100 pc）关系。我们追踪了 [CII]-分子气体转换因子 $\alpha_{\rm [CII]}$ 随红移的演化，并将这些趋势与星际介质（ISM）相位的演化联系起来。全局 $L_{\rm [CII]}$-$M_{\rm mol}$ 和 $L_{\rm [CII]}$-SFR 关系从极低金属licity下陡峭的 [CII] 亏损状态，演化至近乎线性的行为（类似于 $z\approx2$ 处的校准），此时 ISM 在 $z\lesssim5$ 达到 $Z \gtrsim 0.05$-$0.1\,Z_\odot$。在这一演化过程中，$\alpha_{\rm [CII]}$ 跨越了近三个数量级，从 $\gtrsim 10^4$ 降至 $\approx10 \,\rm{M_\odot\,L_\odot^{-1}}$，尽管 [CII] 发射在空间上仍与分子气体相关联。因此，一个独特的、与红移无关的 $\alpha_{\rm [CII]}$ 无法在我们所探索的范围内恢复分子气体质量。[CII] 在极高红移处仍然是分子气体的可行示踪剂，但前提是所使用的转换因子必须明确考虑金属licity、ISM 相位混合以及并合事件。