暗时代再电离与星系形成模拟 IV：高红移星系的 UV 光度函数

在本文中，我们给出了暗时代再电离与星系形成数值模拟可观测量（DRAGONS）计划的 UV 光度函数计算，该计划结合了 N 体、半解析和半数值建模，旨在研究再电离时期的星系形成。利用包含超新星反馈的星系形成物理，该模型自然再现了从 $z{\sim}5$ 到 $z{\sim}10$ 高红移恒星形成星系的 UV 光度函数（UV LFs）。我们研究了光度–恒星形成率（SFR）关系，发现星系可变的 SFR 历史导致围绕中位关系有 $0.1$–$0.3$ dex 的散射，具体取决于 UV 光度。我们发现模型与观测推导的 SFR 函数高度一致。我们利用计算的光度研究了当前探测极限以下的亮度函数，以及再电离的电离光子预算。我们预言 UV 光度函数的斜率在当前探测极限以下保持陡峭，并在 $M_\mathrm{UV}{\gtrsim}{-14}$ 处变平。我们发现 $z{\sim}6$（ $10$ ）处总 UV 流量的 $48$（ $17$ ）% 已在 $M_\mathrm{UV}{\sim}{-17}$ 的观测极限之上被探测到，且比 $M_\mathrm{UV}{\sim}{-17}$ 更暗的星系是再电离电离光子的主要来源。我们研究了光度–恒星质量关系，发现对于 $M_\mathrm{UV}{<}{-14}$ 的星系存在形式为 $M_*{\propto}10^{-0.47M_\mathrm{UV}}$ 的相关性，与观测吻合良好，但在更暗星系中变平。我们确定光度–晕质量关系为 $M_\mathrm{vir}{\propto}10^{-0.35M_\mathrm{UV}}$，发现 $M_\mathrm{UV}{=}{-20}$ 的星系在 $z{\sim}6$ 时居于 $10^{11.0\pm 0.1}\mathrm{M_\odot}$ 的宿主暗物质晕中，且该质量随红移增大而减小。