利用瞬变源探测第一代恒星的初始质量函数

第一代所谓 Population III（Pop III）恒星的出现以关键依赖于其初始质量函数（IMF）的方式塑造了早期宇宙历史。然而，由于缺乏直接观测约束，详细的 IMF 仍然难以捉摸。尽管如此，数值模拟在广泛意义上一致认为，第一代恒星通常质量较大，并且经常以剧烈的爆炸性死亡结束生命。这些结局包括极亮的对不稳定超新星（PISNe）和明亮的伽马射线暴（GRBs），后者源于快速旋转的前身星坍缩成黑洞。这些高红移瞬变源有望处于即将到来的空间望远镜任务的探测极限之内，从而能够对原始 IMF 的形状施加有效约束，而这是其他探测手段难以获取的。本文提出了一个利用高红移 PISNe 和 GRBs 的宇宙学源密度来探测 Pop III IMF 的框架。单独考虑这些瞬变源可提供对 Pop III IMF 的有用约束，但结合 PISN 和 GRB 计数可获得更紧的界限。这种组合诊断更为稳健，因为它独立于潜在的 Pop III 恒星形成率密度这一未知先验。未来的巡天有望捕获整个天空中大多数高红移 GRB，但利用未来望远镜（如 Roman Space Telescope）进行的高红移 PISN 搜寻很可能极不完整。尽管如此，我们证明即使 PISN 计数的此类下限也将能够提供对原始 IMF 的关键约束，特别是关于其是否为顶重（top-heavy）的约束。