高红移主序星系中CO同位素体的首次探测：顶重恒星初始质量函数的证据

近期的观测和理论对极端环境下恒星初始质量函数（IMF）的普适性提出了严峻挑战。星暴条件下的一个显著例子已被发现，其证据支持顶重 IMF，即与银河系中负责观测到的恒星质量函数和元素丰度的 IMF 相比，存在偏向大质量恒星的倾向。本地星暴星系的恒星形成率与高红移主序星系相似，后者似乎在早期主导了恒星质量预算。然而，高红移主序星系的 IMF 尚待探测。由于 $^{13}$CO 和 C$^{18}$O 同位素体对 IMF 敏感，我们使用阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵对四个强引力透镜高红移主序星系观测了这些谱线。在我们的四个目标中，位于 $z \approx 2.26$ 的 SDSS J0901+1814 在 $^{13}$CO 和 C$^{18}$O 中被清晰探测到，这是在高红移主序星系族群中首次探测到 CO 同位素体。观测到的 $^{13}$C/$^{18}$O 比率为 $2.4 \pm 0.8$，显著低于本地主序星系。我们使用一系列具有不同恒星形成历史和 IMF 的化学演化模型来估计同位素比率、氧丰度和恒星质量。所有模型都倾向于比银河系更顶重的 IMF。因此，与星暴星系一样，高红移宇宙中的主序星系拥有比银河系 IMF 所暗示的更大比例的大质量恒星。