Planck 数据隐含的极小晕中第三星族恒星形成限制

最近，Planck 测量了由电子散射引起的宇宙微波背景（CMB）光深值为 $\tau=0.066 \pm 0.016$。在此我们表明，这一低值基本上没有为高红移第三星族（Pop III）恒星对星系际介质（IGM）的早期部分再电离留下空间，这类恒星预期形成于低质量极小晕中。我们进行再电离的半解析计算，包括来自原子冷却晕中 Pop II 恒星（用高红移星系观测标定）的贡献，以及来自极小晕中受 Lyman-Werner (LW) 辐射和金属增丰反馈影响的 Pop III 恒星的贡献。我们发现，若无 LW 反馈或快速金属增丰（并假设极小晕逃逸分数为 0.5），则 Pop III 恒星形成效率不能超过 $\sim{\rm 几}\times 10^{-4}$，否则将违背 Planck 数据设定的约束。这排除了在典型的 $10^6 M_\odot$ 极小晕中形成大质量 Pop III 恒星的可能性。包含 LW 反馈和金属增丰可缓解这一矛盾，允许大质量 Pop III 恒星在反馈抑制其形成之前早期生成。我们发现，宇宙时间内形成的 Pop III 恒星总密度为 $\lesssim 10^{4-5}~M_\odot~{\rm Mpc^{-3}}$，且并不强烈依赖于所采用的反馈方案。此外，我们简单估算了 Pop III 恒星黑洞遗迹吸积产生的 X 射线对再电离的可能影响。我们发现，除非吸积占空比非常低（$\lesssim 0.01$），否则可能导致与 Planck 不一致的光深。