第一代恒星与河外背景光：近期伽马射线观测如何限制早期宇宙
天体物理学
2009-05-14 v2
摘要
第一代恒星（第三星族；PopIII）的形成标志着宇宙黑暗时代的结束，这是一个充满激烈科学辩论的主题。由于尚无法直接观测，这一早期宇宙阶段主要通过理论计算和数值模拟进行研究。金属丰度或弥漫河外光子场等整合的现今可观测量提供了一个间接窗口。我们旨在利用最近从甚高能（E > 100 GeV；VHE）观测推导出的河外背景光（EBL）密度限制，来推导关于 PopIII 和低金属丰度第二星族（LM PopII）恒星性质的约束。文中提出了由 PopIII/LM PopII 恒星产生的演化 EBL 密度的模型计算。该模型利用零金属丰度和低金属丰度恒星的恒星种群光谱（SPS），并考虑了老化恒星种群发射的变化。还包括了恒星周围致密 HII 区（星云）的发射。将不同情景（金属丰度、恒星形成率、初始质量函数）下的所得 EBL 密度与 EBL 密度限制进行了比较。讨论了在 HE/VHE 光谱中探测截断的潜力。假设 PopIII/LM PopII 恒星对 2 微米处 EBL 密度的最大贡献为 5 nW m^-2 s-1，推导出红移范围 7 - 14 内第一代恒星的恒星形成率（SFR）限制为 0.3 至 3 M_solar Mpc^-3 yr^-1。该限制取决于所假设的 SFR 形状和金属丰度。
引用
@article{arxiv.0806.2574,
title = {First stars and the extragalactic background light: How recent gamma-ray observations constrain the early universe},
author = {M. Raue and T. Kneiske and D. Mazin},
journal= {arXiv preprint arXiv:0806.2574},
year = {2009}
}
备注
11 pages, 11 figures, accepted for publication in A&A, v2: references added, discussion extended, conclusions unchanged