宇宙射线与原初气体

早期结构形成的引力坍缩情景中最突出的问题之一，是原初气体的冷却以允许小质量天体的形成。由于中性原初气体在温度 (T\le10^4\unit{K}) 下是不良辐射体，因此需要分子氢来进一步冷却至温度 (T\sim100\unit{K})。分子氢的形成由自由电子的存在催化，而自由电子可由早期宇宙射线产生的电离提供。为了研究这种可能性，我们开发了一个程序来研究电离宇宙射线对原初气体热演化与化学演化的影响。我们发现，在以下条件下，宇宙射线可以提供形成分子氢所需的足量自由电子，从而增加此类原初气体的冷却能力：解离光子通量 (F<10^{-18}\unit{erg cm^{-2} Hz^{-1} s^{-1}})，气体初始温度 (\sim10^{3}\unit{K})，气体总数密度 (n\ge1\unit{cm^{-3}})，以及宇宙射线源 (\dot{\epsilon}_{CR}>10^{-33}\unit{erg cm^{-3} s^{-1}})。