时变Lyman-Werner背景下的高红移恒星形成

第一代恒星产生Lyman-Werner (LW)辐射背景，可以光解离分子氢，增加暗物质晕的质量以容纳恒星形成。先前的研究在恒定LW背景下确定了有效分子冷却所需的关键质量。然而，真实的背景在早期预计会快速增加。忽略这种演化可能会低估那些在过去LW强度低得多时可能已经开始冷却的小晕中的恒星形成。背景演化是再电离前宇宙学21cm信号预测中一个很大的不确定性来源，该信号可以用未来的射电望远镜观测。为了解决这个问题，我们进行了零维单区计算，追踪暗物质晕中心区域气体的密度、化学丰度和温度，包括层级增长和演化的LW背景。我们首先研究背景随红移指数增加的晕的物理。我们发现，当强度增加慢于$J_{\rm LW}(z) \propto 10^{-z/5}$时，过去的冷却效应相对较小。然后我们自洽地计算了$z=15-50$的宇宙学LW背景，发现由于演化背景导致的过去冷却有适度影响。最后，我们将这些结果与具有不同LW历史的三维流体动力学宇宙学模拟进行比较。虽然只模拟了少量晕，但结果与我们的单区计算一致。