首批星系的辐射性质:蓝红之间的快速转变

近期的观测已在再电离时期成功探测到紫外亮和红外亮的星系。然而,它们辐射性质的起源尚不清楚。结合宇宙学流体动力学模拟与辐射转移计算,我们给出了 $z\sim 6-15$ 时首批星系多波长辐射性质的预测。利用zoom-in初始条件,我们研究了三个不同环境与晕质量的大质量星系及其卫星:在 $z=6$ 时 $M_{\rm h} = 2.4\times 10^{10}{\rm M_{\odot}}$(Halo-10)、$1.6\times 10^{11}{\rm M_{\odot}}$(Halo-11)和 $0.7\times 10^{12}{\rm M_{\odot}}$(Halo-12)。我们发现大部分气体和尘埃被超新星反馈从恒星形成区抛出,这使得紫外光子得以逃逸。我们表明,由于间歇性的恒星形成与反馈,光谱能量分布(SED)的峰值在紫外与红外波长之间以 $\sim$\,100\,Myrs 的时间尺度快速变化,且紫外光子逃逸分数在 $z<10$ 时于 $0.2-0.8$ 范围内波动,时间平均值为0.3。当尘埃气体覆盖恒星形成区时,这些星系在观测帧亚毫米波长处变亮。我们预测了高红移星系用阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列(ALMA)的可探测性。对于 $850\,{\rm \mu m}$ 处 $0.1\,{\rm mJy}$ 的灵敏度极限,$z\lesssim 7$ 时晕质量 $M_{\rm h} \gtrsim 10^{11}\,{\rm M_{\odot}}$ 星系的探测概率超过百分之五十。我们认为超新星反馈能够产生高红移星系观测到的SED多样性。