基于 BlueTides 模拟的 WFIRST 高纬度巡天预测

我们使用 BlueTides 模拟来预测计划中的 2200 deg$^2$ 宽场红外巡天望远镜 (WFIRST)-AFTA 高纬度巡天 (HLS) 的高红移星系和活动星系核 (AGN) 族的性质。BlueTides 是一个宇宙学流体动力学模拟，在 $(400h^{-1} \mathrm{Mpc})^3$ 体积内融入了多种重子物理，演化至 $z=8$，包含 0.7 万亿个粒子。模拟中的星系光度函数与当前所有观测限制（直至 $z=11$）吻合良好，并预测了增多的 UV 亮星系。在 HLS 提出的深度下 ($m < 26.75$)，BlueTides 预测在 $z=8$ 时有 $10^6$ 个星系，少数可达 $z\sim 15$，这是由于星系光度函数的亮端增强。在 $z=8$ 时，模拟 HLS 中的星系具有 $\sim 10 {\rm Gyr}^{-1}$ 的比恒星形成率和 $\sim 80 {\rm Myr}$ 的年龄（两者均随红移线性演化）以及不随红移演化的质量-金属丰度关系。BlueTides 还预测 WFIRST HLS 中从 $z=8$ 到 $z\sim 14$ 有 $\sim 10^4$ 个 AGN。这些 AGN 寄主黑洞质量为 $M\sim 10^6-10^8 M_\odot$，吸积接近其爱丁顿光度。星系和 AGN 的寄主晕质量为 $M_{halo}\sim 10^{11-12} M_\odot$，线性偏置 $b\approx 13-20$。鉴于预期的星系空间密度、其高偏置及探测的大体积，我们推测 WFIRST HLS 有可能在星系功率谱中探测到红移 $z=8-9$ 的重子声学振荡峰值。