高红移星系演化： obscured star formation、GRB 速率、宇宙再电离与缺失卫星问题

我们提供了一个高红移 z>4 星系演化的全局视角，该视角综合了来自各种天体物理/宇宙学探针的约束，包括基于 UV/IR 巡天和长伽马射线暴 (GRB) 速率对宇宙恒星形成率 (SFR) 密度的估计、最新 Planck 测量后的宇宙再电离历史，以及缺失卫星问题。我们通过利用 Mancuso et al. (2016) 基于 HST/Herschel 最新 UV/远红外数据的有根据外推导出的 SFR 函数，并以独立于模型的方式实现了这一目标，这些函数已通过多个独立观测量测试。我们的 SFR 函数在积分至 UV 星等极限 M_UV<-13（或 SFR 极限约 10^-2 M_sun/yr）时，得到的宇宙 SFR 密度与近期 IR 巡天的测定结果高度一致；且在考虑金属丰度上限 Z<Z_sun/2 的情况下，与长 GRB 速率的估计一致。它们还给出了与 Planck 任务最近对电子散射光学深度 tau_es~0.058 的测量所隐含的宇宙再电离历史相一致的结果；值得注意的是，该结果是在对电离光子逃逸分数平均值 f_esc~0.1 的合理假设下获得的。我们通过丰度匹配技术证明，上述约束共同意味着在质量低于几乘 10^8 M_sun 的暗物质晕内，星系形成变得低效；令人欣慰的是，为了避免陷入缺失卫星问题，也需要这样的极限。最后，我们预测星系光度函数在 M_UV<-12 暗端会出现下降，并强调其详细形状（正如不久的将来 JWST 可能探测到的那样）将对小暗物质晕内星系形成的天体物理过程，甚至暗物质的微观本质提供极具价值的信息。