Population III 星瘦云可达多大？基于强 Lyman-Werner 背景的第一代星系模拟

观测第一代 Population III (Pop III) 星是天文学中最具挑战性的任务之一。事实上，Pop III 星预计在早期时期主要形成于微型暗能源中，具有较重的初始质量函数，导致高效金属富化，并迅速转变为 Pop II 主导的系统。然而，最新使用詹姆斯·威布斯太空望远镜 (JWST) 的观测已在重化时代末期识别到具有显著 Pop III 星形成迹象的星系，即便是在这些后期时段亦如此。本文我们探讨在重化时代产生大型 Pop III 星瘦云所需的物理条件，采用宇宙辐射-流体动力学细化模拟。我们特别关注质量为 $M_{\rm vir} \approx 10^{8} M_{\odot}$ 且 $7 \lesssim z \lesssim 8$ 之间的星系，即原子冷却暗能源，可能是此类最大 Pop III 星瘦云的潜在场所。具体而言，我们将 Lyman-Werner (LW) 背景辐射强度变化至 $J_{\rm LW} \leq 10^4J_{21}$，并施加较高的星形成效率（最高达 $\epsilon_{\rm ff} = 1.0$）。我们的结果表明，在 LW 通量足够高时（$\gtrsim 10^3J_{21}$），可在 GLIMPSE 等强引物镜望远镜场域中观测到 Pop III 星瘦云，导致 Pop III 星形成延迟但强烈。然而，即便在如此高的 LW 通量下，Pop III 星瘦云质量仍受限于 $M_{\star, \rm Pop~III} <10^6 M_{\odot}$，因为在模拟星系中发生首次 Pop III 超新星爆炸后，金属富化会变得强烈。虽然促成可观测 Pop III 星瘦云的条件预计极为罕见，但我们预期未来的持续大规模观测利用引物镜，如 VENUS，将在重化时代检测到多个 Pop III 星瘦云案例。