长伽马射线暴作为研究暗物质晕中恒星形成的工具

第一代恒星只能形成于密度足够大的结构中，这可由最小暗物质晕质量 $M_{\rm min}$ 参数化。$M_{\rm min}$ 必在恒星形成中扮演重要角色。长伽马射线暴（LGRBs）与大质量恒星坍缩的关联为探测暗物质晕中的恒星形成提供了良好机遇。我们利用最新的 $Swift$ LGRB 数据对 $M_{\rm min}$ 施加了一些约束。我们保守地考虑 LGRB 率与宇宙恒星形成率（CSFR）以及一个额外演化 $(1+z)^{\alpha}$ 成正比，其中 CSFR 模型是 $M_{\rm min}$ 的函数。使用 $\chi^{2}$ 统计量，$M_{\rm min}$--$\alpha$ 平面上的等高线约束表明，在 $1\sigma$ 置信水平下，根据 118 个红移 $z<4$ 且光度 $L_{\rm iso}>1.8\times10^{51}$ erg $\rm s^{-1}$ 的 LGRB，我们有 $M_{\rm min}<10^{10.5}$ $\rm M_{\odot}$。我们还发现，加入 12 个高红移 $(4<z<5)$ LGRB（构成 104 个 $z<5$ 且 $L_{\rm iso}>3.1\times10^{51}$ erg $\rm s^{-1}$ 的 LGRB）可对 $M_{\rm min}$ 产生更紧的约束，此时 $10^{7.7}\rm M_{\odot}<M_{\rm min}<10^{11.6}\rm M_{\odot}$ ($1\sigma$)。通过蒙特卡洛模拟，我们估计未来五年的中法空间多波段天文变源监测卫星（\emph{SVOM}）观测会将这些约束收紧至 $10^{9.7}\rm M_{\odot}<M_{\rm min}<10^{11.3}\rm M_{\odot}$。对 $M_{\rm min}$ 的强约束表明 LGRBs 是研究暗物质晕中恒星形成的一种有前景的新工具。