早期宇宙中星系族群对宇宙学与恒星形成的约束

我们给出了宇宙微波背景之后首个早期宇宙的观测约束，针对红移 $z = 4-10$ 上的 $\sigma_8$、$\Omega_{\rm m}$、平均星系恒星形成效率以及星系 UV 星等弥散。我们利用新代码 GalaxyMC，结合红移 $z>4$ 的星系 UV 光度与关联函数数据，进行了包含 11 个参数的宇宙学与恒星形成物理同时拟合。与先前研究一致，我们发现证据表明恒星形成物理与红移无关，并受暗物质晕组装所调控。对于一个具有低红移哈勃常数与 Ia 型超新星 $\Omega_{\rm m}$ 先验的平坦 $\Lambda$CDM 宇宙，我们约束得到 $\sigma_8 = 0.81 \pm 0.03$，以及平均恒星形成效率在晕质量 $\log_{10} M_{\rm p} / h^{-1} M_{\odot} = 11.48 \pm 0.09$ 处达到峰值：$\log_{10} {\rm SFE} = -[(0.09 \pm 0.20) + (0.58 \pm 0.29) \times \log_{10} (1+z)]$。由反馈引起的恒星形成抑制由晕质量的双幂律给出，其指数为 $\alpha = 0.56 \pm 0.08, \beta = -1.03 \pm 0.07$。固定晕质量下星系 UV 星等的弥散为 $\sigma_M = 0.56 \pm 0.08$。若无 $\Omega_{\rm m}$ 先验，我们得到 $\sigma_8 = 0.78 \pm 0.06$、$\Omega_{\rm m} = 0.33 \pm 0.07$，且所有其他参数值差异至多 $1\sigma$。我们最佳拟合的星系光度函数给出再电离光学深度 $\tau \approx 0.048$，与 Planck 2018 值一致。