在高红移矮星系中用基于汇的爆发式恒星形成缓解过冷问题

恒星形成是星系演化的基本驱动力,然而许多星系形成模型仍然无法现实地调节它,允许气体过于有效地坍缩并过度产生恒星。为了研究这种过冷问题的一种可能解决方案,我们对一个在$z=6$时达到$10^{10} M_\odot$的暗物质晕进行了宇宙学zoom-in辐射流体动力学模拟,采用了两种不同的恒星形成模型:一种Schmidt型模型,其中恒星形成标准和每自由落体时间效率与局部引力-热-湍流条件相关;以及一种基于汇的模型,其中恒星形成由局部气体流入控制。基于汇的模型通过嵌入在强会聚气流中的年轻汇粒子上的快速吸积,自然地产生爆发式恒星形成。由此产生的强烈辐射在第一次超新星爆炸之前,通过光电离加热电离并驱散恒星形成团块。因此,超新星发生在密度较低的环境中,传递更大的终端动量并驱动更强的星系外流。相比之下,Schmidt型模型中单个气体团块内的恒星形成效率较低,因为单个恒星形成事件会局部改变单元条件,暂时抑制后续恒星形成并降低爆发程度。相对于Schmidt型模型,基于汇的模型在$z=6$时产生的总恒星质量低约$\sim3$倍,莱曼连续谱逃逸分数高约$\sim10$倍。爆发式模型驱动更强的金属增强外流,并抑制过度的中心恒星形成,在气相金属丰度和星系大小方面与JWST观测表现出更好的一致性。我们的结果表明,爆发式恒星形成是增强反馈和缓解星系形成模拟中过冷问题的关键机制。