宇宙学模拟中 UDF12 星系的物理性质

我们进行了一次大型宇宙学流体动力学模拟，专门针对 2012 年哈勃空间望远镜进行的深度巡天（即所谓的 UDF12 活动）。在生成光锥输出后，我们应用了与 UDF12 活动相同的颜色选择标准从模拟中挑选星系，随后检查了它们的物理性质，以此作为 $z > 7$ 处真实观测到的 UDF12 星系的代理。结果发现，晕质量与观测到的紫外 (UV) 光度几乎呈线性正比（在 $M_{\rm UV} = -21$ 时为 $4 \times 10^{11}~{\rm M_{\odot}}$）。尘埃消光和 UV 斜率 $\beta$ 与观测到的 UV 光度具有良好的相关性，这在定量上与观测结果一致。恒星形成率 (SFR) 也与恒星质量呈线性正比，而比恒星形成率仅显示出对质量的微弱依赖。我们还发现高红移星系中存在时间尺度约为 $\sim100$ Myr 的递增恒星形成历史。即使是在 $z \sim 10$ 处，由莱曼连续谱光度加权的平均金属丰度也达到 $>0.1$ 太阳丰度，表明存在快速的金属增丰。我们还预期 $H_{160} \leq 27$ 的星系在 350 GHz 处的尘埃热辐射 $\geq 0.1$ mJy，这可被阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列 (Atacama Large Millimeter-submillimeter Array) 探测到。UDF12 巡天选出的星系仅贡献了从 $z \sim 7$ 到 $z \sim 10$ 宇宙 SFR 密度的 $52--12\%$。詹姆斯·韦伯空间望远镜 (James Webb Space Telescope) 将把探测比例提升至 $77--72\%$。