利用He II冷却线探测星系形成

利用高分辨率宇宙学模拟，我们研究了氢和氦的引力冷却辐射。我们关注HeII冷却线，它产生于与HI线发射气体具有不同温度历史（T_max ~ 10^5K）的气体。我们考察了三条主要的原子冷却线，HI 1216A、HeII 1640A和HeII 304A是否可观测，发现HI 1216A和HeII 1640A在z=2-3的冷却发射可能通过地面深窄带（R>100）成像和/或光谱学被探测到。虽然HI 1216A冷却发射的预期强度强烈依赖于模拟中对IGM自屏蔽相的处理，但我们对HeII 1640A线的预测更为稳健，因为HeII 1640A发射率在T~10^4.5 K以下可以忽略不计，并且对紫外背景不太敏感。尽管HeII 1640A冷却发射比HI 1216A暗至少10倍，并且与HI 1216A不同，可能无法用当前观测设备进行空间分辨，但它更适合研究星系形成过程中的气体吸积，因为它光学薄且受恒星形成星系复合线污染较少。HeII 1640A线可用于区分驱动所谓“莱曼α团块”的机制——包括引力冷却辐射、恒星群体的光电离和星暴驱动的超风——因为（1）HeII 1640A发射仅限于非常低的金属丰度（log(Z/Z_sun) < -5.3）和第三族恒星，并且（2）团块的运动学通过HeII 1640A线宽被无歧义地探测，对于冷却辐射，其线宽（sigma < 400 km/s）比典型风速更窄。