关于高红移星系中的 [CII]-SFR 关系

经过两个 ALMA 观测周期后，在 z>6 星系中仅有少数 [CII] $158\,\mu m$ 发射线搜寻报道了正探测，质疑了局地 [CII]-SFR 关系对高红移系统的适用性。为研究此问题，我们使用 Vallini 等人 2013 (V13) 模型，该模型基于高分辨率、辐射转移宇宙学模拟来预测 z~7 (晕质量 $M_h=1.17\times10^{11}M_{\odot}$) 星系星际介质中的 [CII] 发射。我们通过包含 (a) 具有物理动机的气体金属丰度(Z)分布，(b) 光致解离区(PDRs)的贡献，(c) 宇宙微波背景对 [CII] 线亮度的效应，改进了 V13 模型。我们研究了对于不同 SFR 和 Z 值，弥漫中性气体对总 [CII] 发射的相对贡献 ($F _{diff}/F_{tot}$)。我们发现 [CII] 发射主要源自 PDRs：无论星系性质如何，$F _{diff}/F_{tot}\leq 10$%，因为在这些早期时期，CMB 温度接近冷中性介质中 [CII] 跃迁的自旋温度 ($T_{CMB}\sim T_s^{CNM}\sim 20$ K)。我们的模型预言了与局地矮星系观测一致的高红移 [CII]-SFR 关系 ($0.02<Z/Z_{\odot}<0.5$)。实际数据暗示的 [CII] 亏损 (在 z~7.1 的 BDF3299 中 $L_{CII}<2.0\times 10^7 L_{\odot}$) 若被更深的 ALMA 观测证实，可归因于破坏恒星形成区周围分子云的负恒星反馈。那么与局地 [CII]-SFR 的偏离将意味着 z>6 星系中修正的 Kennicutt-Schmidt 关系。或者/此外，该亏损可由低气体金属丰度 ($Z<0.1 Z_{\odot}$) 解释。