温暗物质宇宙学中的早期星系形成

我们提出了一个高红移 ($z \geq 7$) 星系形成的框架，追踪了四种宇宙学模型中它们的暗物质 (DM) 和重子组装过程：冷暗物质 (CDM) 以及粒子质量为 $m_x =$ 1.5、3 和 5 ${\rm keV}$ 的温暗物质 (WDM)。我们使用了相同的调节恒星形成和反馈的天体物理参数，以匹配当前对演化紫外光度函数 (UV LF) 的观测。我们发现，在 CDM 和 $m_x \geq 3 {\rm keV}$ WDM 中，可观测星系（使用当前及未来仪器）的组装产生了相似的质光比 (M/L)、恒星质量密度 (SMDs) 和 UV LFs。然而，小尺度结构的抑制导致 $1.5 {\rm keV}$ WDM 模型中的恒星组装显著延迟，随后更为迅速。因此，$m_x \leq 2 {\rm keV}$ WDM 宇宙学中的星系组装特征为：(i) 缺乏宿主 faint 星系的小质量晕；(ii) 对于给定的恒星质量，拥有更年轻、紫外更亮的恒星种群。较高的 M/L 比（效应 ii）部分补偿了小质量晕的缺乏（效应 i），使得最终的 UV LFs 比基于晕丰度简单估计的预期更接近 CDM。我们发现 SMD 的红移演化是探测 DM 性质的有力探针。积分至詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 的极限 $M_{UV} =-16.5$，在 $m_x = 1.5 {\rm keV}$ WDM 中，SMD 演化为 $\log$(SMD)$\propto -0.63 (1+z)$，而在 CDM 中为 $\log$(SMD)$\propto -0.44 (1+z)$。因此，高红移恒星组装为 WDM 模型提供了一个强大的测试平台，可通过即将到来的 JWST 进行访问。