具有非局部热动平衡转振动态的 H2 自屏蔽：对原星系冷却的影响
星系天体物理
2019-01-23 v1 宇宙学与河外天体物理
摘要
分子氢（H2）作为原初气体中的主要冷却剂，其丰度对早期原星系的热力学演化和恒星形成历史至关重要。因此，确定入射 Lyman-Werner（LW）辐射流导致 H2 光解离的速率十分关键，但在模拟中实时计算该速率代价过高。该速率对 H2 的转振动分布敏感，而后者又依赖于气体密度、温度和入射 LW 辐射场。我们利用公开可用的 cloudy 软件包对原初气体云进行建模，并将精确光解离速率计算与常用拟合公式进行比较。我们发现 Wolcott-Green 等人（2011）的拟合在中等密度 n~10^3 cm^{-3} 和温度 T~10^3K 下最为准确，并给出了一个新拟合，其捕捉了该 regime 下因激发转振动态布居增加而导致的速率上升。我们的新拟合在 n =<10^7 cm^{-3}、T =< 8000K 和 H2 柱密度 NH2 =<10^{17} cm^{-2} 范围内典型误差为百分之几，且易于在模拟中使用。我们还表明，强 LW 辐射流对 H2 激发转振动能级的泵浦在气体密度较低时进一步改变能级布居，并在 J_21 > 10^3 且 n < 10^2 cm^{-3} 时显著降低自屏蔽。这可能降低某些原星系中气体保持 H2 贫乏的“临界辐射流”，从而促进大质量黑洞种子形成。
引用
@article{arxiv.1810.10010,
title = {H2 self-shielding with non-LTE rovibrational populations: implications for cooling in protogalaxies},
author = {J. Wolcott-Green and Z. Haiman},
journal= {arXiv preprint arXiv:1810.10010},
year = {2019}
}
备注
8 pages, 5 figures, submitted to MNRAS