z=5-6 典型星系中的低恒星形成效率

利用 VLA 与 ALMA，我们在 $z=5-6$ 的“正常”星系样本中获得了 CO(2-1)、[C II]、[N II] 谱线发射及多重尘埃连续谱测量。我们报道了莱曼断裂星系在 $z\sim5.7$ 处低-$J$ CO 发射的最高红移探测。CO 谱线光度暗示存在一个巨大的分子气体储库 $(1.3\pm0.3)(\alpha_{\rm CO}/4.5\,M_\odot$ (K km s$^{-1}$ pc$^2)^{-1})\times10^{11}\,M_\odot$，表明恒星形成效率较低，气体耗尽时标约为 $\sim$1 Gyr。该效率远低于传统上在 $z\gtrsim5$ 星暴中观测到的数值，说明 $z\sim6$ 主序星系中的恒星形成条件可能与迄今探测到的红移达 $z\sim3$ 的正常星系相当，但整个红移范围内气体比例不断上升。我们还对 $z\sim5.3$ 处 SFR 低约 3 倍的主序星系获得了深层 CO 上限，或许意味着较高的 $\alpha_{\rm CO}$ 转换因子，正如低金属丰度星系中通常所见。对于包含这两个 CO 目标在内的样本，我们还发现除最红外明亮的 $z=5-6$ “正常”星系外，所有星系中 [N II] 205$\,\mu$m 发射相对于 [C II] 均微弱，意味着电离气体中较 redshift 更低时辐射场更强或更硬。这些辐射性质表明低金属丰度在 $z=5-6$ 典型 $\sim$10$^{10}\,M_\odot$ 星系中可能普遍存在。尽管最初十亿年中的部分主序恒星形成可能发生在与较低红移并无不同的条件下，但较低金属丰度可能影响该群体的其余部分。