预测红移$z=1-3$恒星形成星系的解析CO发射

（删节版）对红移$z=1-3$恒星形成星系的CO发射的解析观测正变得越来越普遍，新的高分辨率巡天也即将到来。我们旨在通过创建合成观测并测试常规观测到的CO跃迁在多大程度上可用于追踪星系盘中的H$_2$，来为解释这种解析的CO发射提供信息。为此，我们从SIMBA宇宙学模拟中提取了$z=1-3$的大质量恒星形成星系（在主序带上及之上），并使用$\texttt{SLICK}$流程预测其空间解析的CO(1$-$0)到CO(5$-$4)发射，该流程将云群的子分辨率建模与DESPOTIC谱线计算代码相结合。我们发现CO(1$-$0)与H$_2$的转换因子($\alpha_{\rm CO}$)在这些星系盘内变化显著——从最大质量星系中心1-3千秒差距内的约$1-5$ $\mathrm{M_\odot}$ (K km s$^{-1}$ pc$^2$)$^{-1}$，到约15千秒差距处的$>100$ $\mathrm{M_\odot}$ (K km s$^{-1}$ pc$^2$)$^{-1}$。因此，使用单一的$\alpha_{\rm CO}$来推导H$_2$面密度会导致严重低估其外围区域的H$_2$贡献。正如预期，更高$J$的CO跃迁在中心区域以更高密度追踪分子气体，而CO(1$-$0)则更好地追踪更弥散、延展的分子气体。我们观察到CO激发的显著变化，红移$z\sim2$处最大质量星系的CO(3$-$2)/CO(1$-$0)线光度比从星系中心的约0.9下降到外围的约0.1。平均而言，线比随红移升高和星系恒星质量降低而显著增加。我们预测，由于$\alpha_{\rm CO}$的急剧增加，利用现有设施在宇宙正午星系3-5千秒差距以外追踪分子气体将具有挑战性。