LCDM宇宙中的星际形成历史

我们利用结构形成的流体动力学模拟，研究从红移z~20时的“暗时代”到目前为止的宇宙星际形成历史。除了引力和普通流体动力学外，我们的模型包括气体的辐射加热与冷却、星际形成、超新星反馈和星系喷流。通过一组涵盖多个尺度和时代的综合模拟，我们在所有相关星系质量尺度（从10^8到10^15 Msun/h）上Demonstrate了结果的数值收敛性。我们的预测的星际形成密度与观测值基本一致，考虑到观测不确定性。在当前时刻，星际形成率约增加一个数量级，达到在z~5-6时的峰值，这超出了观测估计的红移范围。50%的恒星在红移z~2.1时形成，因而年龄超过10.4 Gyr，而仅有25%在红移低于z~1时形成。所有恒星的平均年龄约为9 Gyr。我们的模型预测在z=0时的总恒星密度为Omega_*=0.004，相当于所有质子中约10%被锁存于长期存活的恒星中，这与最近确定的宇宙亮度密度相符。我们确定了宇宙星际形成的“多重性函数”，即随红移变化的星际形成随星系质量分布。我们还简要检讨了我们预测的星际形成历史对宇宙中氢的中和的可能影响。我们发现，模拟得到的星际形成率足以在z~6时解释氢的中和，但仅当假设逃逸率接近1时才能实现。