莱曼-α反馈在宇宙黎明时期占主导地位：对第一批星系、恒星和星团的影响
星系天体物理
2025-01-10 v2 宇宙学与河外天体物理
原子物理
摘要
来自莱曼-α散射的辐射压力是早期恒星反馈的一种潜在主导形式，能够向星际介质注入比紫外连续谱辐射压力和恒星风多约100倍的动量。Lyα反馈在尘埃贫乏的环境中尤其强烈，因此在第一批恒星和星系形成过程中尤为重要。随着即将开展的星系形成模拟纳入Lyα反馈，考虑可能限制它的过程至关重要，以避免ΛCDM与近期JWST观测结果（表明宇宙黎明时期存在高效恒星形成）出现明显矛盾。我们使用一种新颖的解析Lyα辐射传输解来研究Lyα反馈，该解包含了连续谱吸收、气体速度梯度、Lyα破坏（例如通过2p→2s跃迁）、ISM湍流和原子反冲的影响。我们通过广泛的蒙特卡洛辐射传输测试验证了均匀云团的解，并解决了先前解析预测与MCRT预测之间的差异。然后，我们研究了Lyα反馈对上述效应的敏感性。虽然这些效应可以将Lyα反馈抑制约不到数十倍，但我们发现它仍然比直接辐射压力强约5-100倍，因此不能被忽略。我们为Lyα力倍增因子M_F提供了一个精确的拟合公式，适用于星系形成模拟的子网格模型。我们的研究结果强调了Lyα反馈在调节宇宙黎明时期恒星形成中的关键作用，并强调了将其纳入模拟以准确模拟早期星系演化的必要性。
引用
@article{arxiv.2409.19288,
title = {Lyman-$\alpha$ feedback prevails at Cosmic Dawn: Implications for the first galaxies, stars, and star clusters},
author = {Olof Nebrin and Aaron Smith and Kevin Lorinc and Johan Hörnquist and Åsa Larson and Garrelt Mellema and Sambit K. Giri},
journal= {arXiv preprint arXiv:2409.19288},
year = {2025}
}
备注
Accepted for publication in MNRAS. 42 pages (31 pages main text, the rest an extensive Appendix + references), 20 figures