莱曼阿尔法发射体中的分子氢

我们提出一个基于物理动机的模型，用于估算从一组宇宙学模拟中提取的高红移 (z~5.7, 6.6) 莱曼阿尔法发射体 (LAEs) 中的分子氢 (H2) 含量。我们发现 H2 质量分数 (f_H2) 取决于三个主要的 LAE 物理性质：(a) 恒星形成率，(b) 尘埃质量，以及 (c) 冷中性气体质量。在 z~5.7 时，f_H2 达到峰值，对于恒星质量 M_* ~ 10^{9-10} 太阳质量的中等质量 LAEs，其范围在 0.5-0.9 之间，而对于更小或更大的星系则有所下降。然而，最大的 H2 质量出现在最明亮的 LAEs 中。这些趋势在 z~6.6 时同样成立，尽管由于尘埃含量较低，对所有 LAEs 平均而言 f_H2(z=6.6) ~ 0.5 f_H2(z=5.7)；这些趋势源于由尘埃控制的 H2 形成/屏蔽效应与恒星产生的紫外 (UV) 莱曼 - 沃纳光致离解辐射强度之间的相互作用。随后，我们预测了此类 LAEs 的一氧化碳 (CO) 光度，并确认其与 Wagg 等人 (2009) 对两颗 z>6 LAEs 发现的上限一致。在 z~(5.7, 6.6) 时，利用阿塔卡马大型毫米波阵列 (ALMA) 的现有能力，两个样本均可观测到的最低 CO 转动跃迁为 CO(6-5)。我们发现，在 z~5.7 时，约 1-2% 的 LAEs（即观测到的莱曼阿尔法光度大于 10^{43.2} erg/s 的那些）在 5-10 小时的积分时间下可被探测到 (S/N=5)；而在 z~6.6 时，即使 ALMA 积分时间达到 10 小时，也无法探测到任何 LAEs 的 CO 信号。我们还构建了 CO‘流量函数’，即 LAEs 的数密度随线积分 CO 流量 S_CO 的变化关系，并显示其在 z~5.7 时于 S_CO = 0.1 mJy 处达到峰值，随着红移增加逐渐向更低值移动。最后，我们讨论了模型的不确定性。