非演化、弱质量依赖的星形形成效率解释宇宙黎明的抬升紫外光亮度
摘要
詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）的最新观测揭示了在大公元早期数百万年后发现的意外高的宇宙星形成活动。这些观测常被理解为反映星形成效率（SFE）在这些早期时代因气体条件变化而产生的演化性转变。我们提出了FIREbox-HR，这是一个来自Feedback in Realistic Environments项目的高分辨率、宇宙尺度的流体动力学模拟，为洞察从宇宙早期第一千年开始的星系SFE提供了见解。FIREbox-HR以与可用观测数据良好一致的方式重新模拟了原始FIREbox运行的宇宙体积（L = 22.1 cMpc），以八倍更高的质量分辨率（m_b ~ 7800 M_sun）进行仿真，但采用相同的物理模型，直至 z ~ 6。FIREbox-HR预测了紫外（UV）光度函数，与可用观测数据吻合良好。该模拟还成功复现了在 z ~ 6 - 14 范围内观察到的宇宙UV光度密度，表明在早期宇宙中较高的星形成活动是编码在FIRE-2模型中的星系间质子过程的自然结果。根据FIREbox-HR，对于中间质量星系（M_halo ~ 10^9 - 10^11 M_sun）的SFE - 星系质量关系在红移下没有显著演化，且仅呈弱质量依赖。这一SFE - 星系质量关系的特性导致较低质量星系在较高z值下贡献更大，从而驱动观察到的宇宙UV光度密度的渐变演化。基于FIREbox-HR推导出的SFE - 星系质量关系构建的理论模型允许我们探讨星系演化的意义。对 z > 12 的UV暗星系的未来观测将提供检验这些预测并深化我们对宇宙黎明期间星形成的理解的机会。
引用
@article{arxiv.2407.02674,
title = {Elevated UV luminosity density at Cosmic Dawn explained by non-evolving, weakly mass-dependent star formation efficiency},
author = {Robert Feldmann and Michael Boylan-Kolchin and James S. Bullock and Onur Çatmabacak and Claude-André Faucher-Giguère and Christopher C. Hayward and Dušan Kereš and Alexandres Lazar and Lichen Liang and Jorge Moreno and Pascal A. Oesch and Eliot Quataert and Xuejian Shen and Guochao Sun},
journal= {arXiv preprint arXiv:2407.02674},
year = {2024}
}
备注
28 pages, 14 figures, 5 tables, revised to match version accepted by MNRAS, Appendix D added, UV LF shown in Fig. 1 provided as txt file