原初恒星初始质量函数对 21 厘米信号的影响
宇宙学与河外天体物理
2022-09-07 v3 星系天体物理
太阳与恒星天体物理
摘要
第一代恒星（星族 III）的性质，如其初始质量函数（IMF），观测约束薄弱，且在模拟之间尚未收敛。中性氢的宇宙学 21 厘米信号预计对这些恒星产生的莱曼波段光子敏感，从而提供了一种探测首批恒星族的唯一途径。在本文中，我们通过 Wouthuysen-Field 效应、Lyman-Werner 反馈、Ly-alpha 加热和 CMB 加热，研究星族 III IMF 对宇宙黎明 21 厘米信号的影响。我们通过积分一组由恒星演化历史和恒星大气计算得到的无金属个体恒星光谱，并考虑光谱随恒星年龄的变化，计算了不同 IMF 下恒星形成晕的发射光谱。因此，通过本研究我们放宽了两个常见假设：星族 III 恒星的零龄主序发射率可代表其寿命平均发射率，以及星族 III 发射可视为瞬时。探索了底重、顶重和中间 IMF，我们表明 21 厘米信号的变化由质量小于 20 太阳质量的恒星驱动。对于所探索的模型，我们发现宇宙黎明全局 21 厘米信号的最大相对差异为 59%，功率谱之间为 131%。尽管这一影响适中，但对首批恒星及其演化的精确建模对于准确预测和解释 21 厘米信号是必要的。
引用
@article{arxiv.2202.02099,
title = {Impact of the Primordial Stellar Initial Mass Function on the 21-cm Signal},
author = {T. Gessey-Jones and N. S. Sartorio and A. Fialkov and G. M. Mirouh and M. Magg and R. G. Izzard and E. de Lera Acedo and W. J. Handley and R. Barkana},
journal= {arXiv preprint arXiv:2202.02099},
year = {2022}
}
备注
20 pages, 16 figures. Accepted for publication in MNRAS, updated to accepted version