星形成率面积密度主序列的演化：自z=12开始的半分析模型

最近的高红移（$z>4$）空间分辨观测使用詹姆斯·韦伯太空望远镜显示，星形成率（SFR）面积密度（$\Sigma_{\rm SFR}$）及其在$\Sigma_{\rm SFR}$-$M_*$图中的主序列的演化。$\Sigma_{\rm SFR}{\rm MS}$已在宇宙黎明时期（$z\sim7.5$）观察到。$\Sigma_{\rm SFR}$的使用是从物理上被动机的，因为它按星形成发生的面积归一化，这间接考虑了气体密度。$\Sigma_{\rm SFR}$-$M_*$图已被证明补充了广泛使用的（特定）SFR-$M_*$图，尤其是在选择静默星系时。我们在L-Galaxies2020半分析模型（SAM）框架内确立了自$z=12$开始的$\Sigma_{\rm SFR}$演化，并解释了最近的观测。我们估计了$\Sigma_{\rm SFR}$(-$M_*$)和星系群星形成率密度（CSFRD），以及被划分为给定红移下stellar mass bins的子样本。模拟的$\Sigma_{\rm SFR}$从$z=12$到$z=0$降低约$\sim3.5$个dex。我们显示，具有不同stellar mass的星系具有不同的$\Sigma_{\rm SFR}$演化路径。我们发现$\Sigma_{\rm SFR}{\rm MS}$已在$z\sim11$时观察到。模拟的$\Sigma_{\rm SFR}{\rm MS}$在$z=0, 1, 2, 5$和$7.5$与观测到的一致，并与$z>10$的单个星系吻合。我们发现最高的$\Sigma_{\rm SFR}{\rm MS}$斜率为$0.709\pm0.005$，位于$z\sim3$，并降至$z=0$处的$\sim0.085\pm0.003$。这主要是由于在该红移范围内，最质量的星系的SFR快速下降以及面积增加所致。这与SAM中最质量星系在CSFRD中的主导地位相吻合。