基于 $\Lambda$CDM 的 JWST 深空星系巡天预测

我们基于 $\Lambda$CDM 中的星系形成物理模型，展示了利用 $James$ $Webb$ $Space$ $Telescope$ ($JWST$) 进行深空星系巡天的结果预测。我们使用了 GALFORM 模型的最新版本，该模型嵌入在一个新的 ($800$ Mpc)$^{3}$ 纯暗物质模拟中，其晕质量分辨率为 $M_{\rm halo}>2\times10^{9}$ $h^{-1}$ M$_{\odot}$。为了计算包含尘埃吸收和辐射发射的完整紫外至毫米波星系光谱能量分布，我们使用了光谱光度辐射转移代码 GRASIL。该模型经过校准以重现 $z\lesssim6$ 的广泛观测数据，我们在此展示它也能预测 $7\lesssim z\lesssim10$ 静止帧远紫外光度函数的演化，且与观测结果吻合良好。我们预测了从 $z=16$ 到 $z=0$ 在 $JWST$ 近红外相机 (NIRCam) 和中红外仪器 (MIRI) 所有宽带滤波器中光度函数的演化，并给出了相应的星系计数和红移分布。我们的基准模型预测，对于 $10^4$ 秒的 NIRCam 曝光，在 $z\sim11$ 处每个视场可观测到约 $\sim1$ 个星系。一个变体模型产生了与 $Planck$ 数据更好一致的更高再电离红移，预测在该红移处可观测星系的数密度高出约 $\sim5\times$。预测表明，类似的 MIRI 观测在 $z\gtrsim6$ 时将无法探测到任何星系。我们还预测了不同曝光时间对 $JWST$ 可观测星系红移分布的影响，以及 $JWST$ 波段中星系的角大小。