恒星初始质量函数随星系金斯质量变化的宇宙学含义

高红移恒星形成星系的观测表明，推断的恒星形成率在数据与模型之间，或恒星形成率的互补测量之间存在差异。如果恒星初始质量函数在快速恒星形成星系中系统性地偏向更多大质量恒星形成，那么所有这些可能的差异都可以得到缓解。在这里，我们探讨在初始质量函数中的转折质量Mc与巨分子云中的金斯质量M_J成比例的核心假设下，初始质量函数如何变化。我们使用星系流体动力学和辐射传输模拟来预测典型的巨分子云金斯质量以及初始质量函数如何随星系性质变化。然后我们研究这种初始质量函数对恒星形成律、恒星形成率-恒星质量关系、亚毫米星系和宇宙恒星形成率密度的影响。我们的主要结果是：当恒星形成率大于几个Msun/yr时，星系中H2质量加权的金斯质量与恒星形成率成比例。星族合成建模表明，这导致恒星形成率与总光度Lbol之间的非线性关系，使得恒星形成率 ~ Lbol^0.88。使用这个模型关系，本地超亮红外星系的推断恒星形成率降低约2倍，高红移亚毫米星系的降低约3-5倍。在z~2时，这导致恒星形成率-恒星质量关系的归一化降低，与模型更一致，减少了观测到的宇宙恒星形成率密度与恒星质量密度演化之间的差异，并使亚毫米星系的恒星形成率更容易适应当前的等级结构形成模型。当使用物理动机的CO-H2转换因子时，它还导致斜率为约1.6的Schmidt关系。虽然这里考虑的每个差异都可以在不诉诸变化的初始质量函数的情况下得到缓解，但由Mc ~ M_J所暗示的适度变化是一个合理的解决方案，同时解决了关于高红移星系恒星形成率的众多棘手问题。