辐射反馈对贫金属恒星初始质量函数的影响

早期宇宙中的恒星初始质量函数 (IMF) 对于理解古代星系的形成至关重要。为此，我们开展了一系列跟踪星团形成的长期辐射流体动力学模拟，将金属丰度从 $Z/Z_\odot = 10^{-4}$ 变化至 $1$。我们特别考虑了原恒星辐射反馈的影响，它改变了 IMF 的确切形状并决定了恒星形成效率 (SFE)，即恒星质量与母云初始气体质量之比。我们的结果表明，随着金属丰度降低，IMF 从 Salpeter 型转变为顶重函数。当 $Z/Z_\odot \lesssim 10^{-2}$ 时，IMF 变为对数平坦且明显不同于 Salpeter 型 IMF。恒星反馈在塑造 IMF 的低质量端与高质量端均很有效。恒星辐射对尘埃颗粒的加热抑制了小尺度碎裂，并减少了所有金属丰度下 $M_* \lesssim 1~M_\odot$ 的低质量恒星数量。电离辐射阻碍了大质量恒星的生长，使 IMF 高质量端的斜率变陡。由此产生的反馈在较低金属丰度下更为有效，恒星形成受恒星辐射反馈调节，SFE 随金属丰度降低而下降。我们建议，JWST 观测报告的 $z>10$ 处出乎意料多的大量 UV 亮星系，可以通过考虑 $Z/Z_\odot \sim 10^{-2}$ 或 $10^{-3}$ 下的星团形成来解释，此时 IMF 是顶重的，但由于恒星反馈，SFE 并非过低。