Population III 星际反馈与金属富集的宇宙模拟 I：模型描述与收敛测试

我们提出一种新的 Pop III + Pop II 亚网格框架，实现于移动网格代码 {\sc arepo} 中，旨在研究 Pop III 反馈对早期宇宙中星形成的影响。该框架整合了原始非平衡化学、金属线制冷、IMF 采样星演化及超级新星反馈，以及近似的 Lyman-Werner (LW) 和电离辐射传输。我们运行了 $1c{\rm Mpc}/h$ 大小的盒子模拟，采用不同的初始条件和分辨率，从 $z=127$ 仙到 $z=10$。在准 fiducial 模拟中，最高的气体质量和空间分辨率分别达到 $\sim10\,{\rm M_{\odot}}$ 和 $\sim4\,{\rm pc}$。该模型成功复现了跨越所有初始条件的 Pop II 星形成率密度 (SFRD)，仅受局部星系相互作用和 LW 辐照影响。我们发现金属富集气体的体积分数在 $z=10$ 收敛至 $\sim1\%$。一旦分裂星系 $M_{\rm subhalo}\gtrsim 10^{6.5}\,{\rm M_{\odot}}$ 被分辨，收敛便达成；且在本工作所考察的分辨率下，$z=10$ 的总星质量对初始条件或分辨率较不敏感。准 fiducial 模拟大约需要 $\sim 10^4$ CPU 小时，使该框架在更大体积的模拟中具有可行性，为未来的星系物理或环境效应（如 Pop III IMF 变异、X 射线辐射或高红移流动场）的大参数空间研究提供了可能。