再电离前宇宙中恒星形成的遗留效应

我们利用 GIZMO 并结合新开发的星族 III（Pop III）与星族 II（Pop II）子网格模型，研究再电离前宇宙中恒星形成的遗留效应。我们发现模拟产生的 Pop II 恒星形成率密度（SFRD）（$z\simeq 10$ 时约 $10^{-2}\ \Msun{\rm yr^{-1}\, Mpc^{-3}}$）在 $7\lesssim z \lesssim10$ 与观测推断的总 SFRD 相差小于 2 倍。而 Pop III 的 SFRD 在 $z\approx10$ 时达到约 $10^{-3}\ \Msun{\rm yr^{-1}\, Mpc^{-3}}$ 的平台期，基本不受 Pop II 反馈影响。在 $z$=7.5，约 $20\%$ 的 Pop III 恒星形成发生于从未经历任何 Pop II 恒星形成的孤立暗物质晕（即原初晕）中。我们预言 Pop III 仅存星系的星等 $M_{\rm UV}\gtrsim -11$，超出 {\it 詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）}直接探测极限。我们评估恒星质量函数（SMF）与 UV 光度函数（UVLF）在 $z=8$ 和 $10$ 与观测低质量/暗端行为吻合良好。但在当前极限星等之外，我们发现 SMF 与 UVLF 均偏离/转折于预期幂律斜率（$z$=10 时 $M_{\rm UV,turn}= -13.4\pm1.1$）。这在 $z\sim 10$ 积分至 $M_{\rm UV} = -$12（$-$8）时，依积分极限可能使真实 SFRD 的观测估计偏差达 2（10）倍。我们的转折与暗物质晕由分子冷却主导转向原子冷却主导的过渡吻合良好，对应 $z\simeq 10$ 时质量 $M_{\rm halo}\approx 10^{8} \Msun$。