早期宇宙中星系演化与辐射性质：宇宙学模拟中的多波段分析

近期的观测已成功探测到再电离时期星系的紫外或红外辐射通量。然而，其辐射性质的起源尚未被完全理解。结合宇宙学流体动力学模拟与辐射转移计算，我们对 z=6-15 处首批星系的多波段辐射性质给出了理论预言。我们发现，由于超新星（SN）反馈，大部分气体和尘埃从恒星形成区被抛射出去，从而使紫外光子得以逃逸。我们表明，由于间歇性的恒星形成与反馈，SED 的峰值在 100 Myr 的时间尺度上于紫外与红外波长之间快速移动。当含尘气体覆盖恒星形成区时，星系在观测帧亚毫米波长处变亮。此外，我们发现电离光子的逃逸分数在 z>10 时也在 1-40% 之间变化。HII 区的质量分数随恒星形成历史变化，导致金属线与莱曼-alpha 线光度的涨落。在晕质量 $\sim 10^{11}\,{\rm M_{\odot}}$（$10^{12}\,{\rm M_{\odot}}$）星系的星暴阶段，模拟星系具有 $L_{\rm [O\,III]} \sim 10^{42}\, (10^{43})\, {\rm erg\,s^{-1}}$，这与 z>7 处观测到的恒星形成星系一致。我们的模拟表明，利用 ALMA 进行的深层 [C II] 观测可示踪延展超过 $\sim 20$ 物理 kpc 的中性气体分布。我们还发现，由于金属增丰，$L_{\rm [O\,III]}/L_{\rm [C\,II]}$ 光度比随热光度而减小。我们的模拟显示，ALMA 与 JWST 的多波段观测结合将能揭示高红移星系的多相星际介质结构以及从星暴到外流相的转变。