高红移[OI]发射线：ColdSIM模拟与ALMA观测

中性氧[OI]远红外发射线在$63\mu\mathrm{m}$和$145\mu\mathrm{m}$处是探测星际介质物理条件的强大探针，尽管它们在高红移研究中尚未得到充分利用。我们研究了[OI]发射线与星系关键性质（如恒星形成率SFR和H$_2$含量）之间的关联。我们的预测与现有观测以及本文分析的新数据进行比较。我们通过DESPOTIC模型对ColdSIM宇宙学模拟的输出进行后处理，考虑了冷前景物质对[OI]$63\mu\mathrm{m}$的自吸收。我们采用随机森林（Random Forest）算法加速计算，并使用红移$z\simeq 5\text{--}7$星系的新ALMA观测数据来验证我们的模型。我们的预测显示，具有SFR约为$10^2\,\mathrm{M}_\odot\,\mathrm{yr}^{-1}$的星系具有显著的[OI]$63\mu\mathrm{m}$光度（$\approx 10^8\,\rm L_\odot$）。$145\mu\mathrm{m}$线光度通常为[OI]$63\mu\mathrm{m}$光度的$15\%$，比高红移观测低约$2\text{--}20$倍。两条[OI]线均与SFR和分子质量相关，但在金属丰度和恒星质量的比例关系中表现出平坦化。前景自吸收使[OI]流量降低$2\text{--}4$倍，与观测研究中的经验修正一致。我们发现典型的线比[OI]$63\mu\mathrm{m}$/[CII]$158\mu\mathrm{m}\approx 1$和[OI]$145\mu\mathrm{m}$/[CII]$158\mu\mathrm{m}\approx 0.2$——这与$z\gtrsim 6$观测一致，但仅在包含[OI]$63\mu\mathrm{m}$自吸收的情况下成立。两条[OI]线均可作为高红移处恒星形成和分子气体的示踪剂。它们的联合探测可以为早期星际介质的性质以及[OI]$63\mu\mathrm{m}$线的自吸收提供约束。