UV 背景辐射下原始星系的形成

我们探讨了在 UV 背景辐射下原始星系云的 pancake 崩塌，使用一种一维薄片模型。此处关注原始星系云暴露于 diffuse UV 辐射后热力学演化的基本物理。因此，我们准确地处理了致发射子体的辐射传递，并求解关于氢分子以及原子的化学反应。H2 Lyman-Werner 带对 UV 辐射的自遮蔽效应也被考虑在内，这规制了氢分子的光解作用。结果发现，当 UV 背景辐射水平为 $10^{-22} (\nu/\nu_L)^{-1} {\rm erg~ s^{-1} cm^{-2} Hz^{-1} str^{-1}}$ 时，云的演化会在临界质量 $M_{\rm SB} = 2.2\times 10^{11} M_\odot [(1+z_c)/5]^{-4.2}$ 处发生分叉，其中 $z_c$ 为最终崩塌时刻。质量大于 $M_{\rm SB}$ 的云在 pancake 崩塌时可因 H2 线发射降温至 $5\times 10^3$K 以下，并可能发生初始 starburst。 pancake 可能以无耗散方式演化为一个 virialized 系统。因此，这导致在 $3\lsim z_c \lsim 10$ 处的无耗散星系形成。质量小于 $M_{\rm SB}$ 的云在 pancake 崩塌后不久无法通过 H2 发射降温，但可能在收缩至旋转障壁的过程中降温。这可能导致在较低红移处 $0\lsim z_c \lsim 4$ 的耗散星系形成。本结果为控制原始星系中星形成效率提供了坚实的物理机制。在标准 CDM 宇宙学背景下，$M_{\rm SB}$ 位于 1$\sigma$ 到 2$\sigma$ 密度扰动之间。