来自 IllustrisTNG 的高红移 JWST 预测：尘埃建模与星系光度函数

詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）有望革新我们对早期宇宙的理解，而将即将到来的观测与 $\Lambda$CDM 模型的预测进行对比需要详尽的理论预报。在此，我们利用 IllustrisTNG 模拟套件 TNG50、TNG100 与 TNG300 的大动态范围，推导从 $z=2$ 到 $z=10$ 的多波段星系光度函数。我们特别着重探索不同的尘埃消光模型，以确定静止帧紫外（UV）与表观宽 NIRCam 波段的星系光度函数。我们最细致的尘埃模型基于连续蒙特卡洛辐射转移计算，并采用观测标定的尘埃性质。该标定给出了尘埃消光归一化与尘埃-金属比的红移演化约束，所得消光归一化的红移演化比以往多数理论研究更强。总体而言，我们发现静止帧 UV 光度函数与所有红移的观测数据吻合良好，甚至超出用于尘埃模型标定的区间。此外，我们还恢复了观测到的高红移（$z=4-6$）UV 光度—恒星质量关系、H$\alpha$—恒星形成率关系，以及 $z=2$ 处的 H$\alpha$ 光度函数。亮端（$M_{\rm UV}>-19.5$）累积星系数密度与观测数据一致。对于 F200W NIRCam 波段，我们预测 JWST 将在 NIRCam 视场 $2.2\times2.2 \,{\rm arcmin}^{2}$ 内、总曝光时间 $10^5{\rm s}$、红移范围 $z=8 \pm 0.5$ 中探测到信噪比为 $10$（约 $5$）的 $\sim 80$（$\sim 200$）个星系。对于曝光时间 $10^4{\rm s}$，这些数字降至 $\sim 10$（$\sim 40$）。