第一代恒星周围电离区的不稳定性

我们考虑了红移 $z = 12$ 处、质量为 $M\sim 10^7 M_\odot$ 的原星系中，质量 $M_*\sim 25-200 M_\odot$ 的 III 族恒星周围电离区的演化，假设暗物质分布为修正等温球模型。我们研究了电离区中不稳定性增长的条件。Rayleigh-Taylor 不稳定性和热不稳定性在 25-40 $M_\odot$ 恒星周围的电离区中高效发展，而对于 $\sim 120 M_\odot$ 的恒星，这种效率较低。对于更大质量的恒星（$\sim 200 M_\odot$），电离光子通量足够强，可显著降低电离区内的气体密度，而恒星的典型寿命（$\sim 2$ Myr）不足以让不稳定性增长。对于中心恒星质量为 200 $M_\odot$、质量为 $M\sim 10^7 M_\odot$ 的原星系，其气体在恒星寿命结束时被完全电离；若中心恒星质量为 120 $M_\odot$，则仅有总气体质量的三分之一被电离。因此，来自 $M_*\simlt 120 M_\odot$ 恒星的电离光子无法离开 $M\simgt 10^7 M_\odot$ 的原星系。若中心恒星质量为 25 和 40 $M_\odot$，此类质量的原星系中的气体基本上保持中性。我们讨论了电离区演化对恒星超新星爆发后激波包层传播的影响，以及对星际介质重元素增丰效率的影响。