红移 $z\sim4$ 大质量星暴星系 GN20 中具欺骗性的冷尘埃

我们展示了用 IRAM NOEMA 对 $z=4.05$ 处被广泛研究的星暴星系 GN20 的原子中性碳跃迁 [CI](1-0)（492 GHz）和 [CI](2-1)（809 GHz）进行的新观测。高光度线比 [CI](2-1)/[CI](1-0) 意味着激发温度为 $48^{+14}_{-9}$ K，这显著高于在远红外尘埃发射光学薄的常见假设下推导出的表观尘埃温度 $T_{\rm d}=33\pm2$ K（$\beta=1.9$），但与一般不透明度模型（其光学深度 $\tau$ 在波长 $\lambda_0=170\pm23$ $\mu$m 处达到 unity）的 $T_{\rm d}=52\pm5$ K 完全一致。此外，对于固定的气体-尘埃比，一般不透明度解返回的尘埃质量比光学薄尘埃模型低约 $2\times$ 倍，因此分子气体质量也更低。由此推导出的 GN20 性质不仅为 $z>2.5$ 以上星暴星系看似比主序星系更冷这一令人困惑的发现提供了诱人解释，还给出了更接近星暴星系物理预言值的较低尘埃-恒星质量比。