高红移尘埃粒子的光电加热

在 $z \sim 3$ 的 Lyman-$\alpha$ 吸收系统中，发现 $N_{HI} \ga 3 \times 10^{14}$ cm$^{-2}$ 的系统富含平均金属丰度为 $Z/Z_{\odot} \sim 10^{-2.5}$，且金属丰度有较大散射。可以合理假设，在 $z \ga 3$ 的星际介质（IGM）进行的初始富化过程也产生了尘埃粒子。我们探讨了高红移 IGM 中尘埃粒子存在的含义，特别是光电发射由硬背景光子对 IGM 净加热率的贡献。我们显示，(i) 尘粒的电荷及光电子特征与星际介质（ISM）中不同在多个方面：a) 尘粒暴露于并被 Lyman 限值之外的光子充电，b)因此光电子典型能量为十几 eV。我们还表明：ii) 硅酸盐比石墨更有效作为加热剂；iii) 小颗粒主要贡献净加热；iv) 在 $z\sim 3$ 时 IGM 典型密度及 Lyman-$\alpha$ 吸收体条件下，尘埃加热可在一个数量级内相当或超过光离化加热；v) 这会使超密度区域温度比无尘埃加热时高约为 $\sim 2$。我们讨论了该额外加热源在 Lyman-$\alpha$ 吸收系统中的含义。