第一代星系中的恒星形成 I：莱曼 - 沃纳辐射导致的坍缩延迟

我们利用高分辨率宇宙学模拟研究了第一代星系中无金属恒星形成的过程。我们考虑了一个具有宇宙学动机的场景，即强烈的分子破坏性莱曼 - 沃纳 (LW) 背景抑制了低质量晕中的有效冷却，从而将恒星形成推迟到更大质量晕的坍缩。只有当分子氢 (H2) 能够自我屏蔽 LW 辐射时（这需要晕具备通过原子线发射进行冷却的能力），恒星形成才成为可能。为了追踪多个引力束缚天体的形成，我们在高气体密度下引入了汇粒子 (sink particles)，直接从计算网格吸积气体。我们发现，在一个 1 Mpc^3（共动）的盒子中，假设背景强度为 J21=100，失控坍缩首先发生在红移 z~12 处的一个 3x10^7 M_sun 暗物质晕中。由于 H2 丰度和冷却速率的失控增加，一个自我屏蔽的超音速湍流核心突然形成，拥有约 10^4 M_sun 的冷气体可用于恒星形成。我们分析了该自我屏蔽核心的形成、湍流的特征以及恒星形成的前景。由于在我们分辨的尺度上缺乏碎裂，我们认为原子冷却晕中受 LW 延迟的无金属恒星形成与原初迷你晕中的恒星形成非常相似，尽管在得出此结论时我们忽略了内部恒星反馈。最后，我们简要讨论了利用詹姆斯·韦伯太空望远镜探测无金属恒星团的可能性。