早期 z > 9 结构中质量、恒星形成、化学含量及旋转模式的统计特性

我们研究了宇宙最初 5 亿年（红移 z>9）中一大样本早期原星系的重子、化学和动力学特性，这些数据源自高分辨率数值 N 体流体动力学化学模拟，包含了原子和分子网络、气体冷却、恒星形成、恒星演化以及根据适当的恒星产量和寿命对星族 III 和星族 II-I 区域的金属扩散。我们发现首批恒星形成事件发生在暗物质质量 $M_{DM} > 2\times 10^6 M_{sun}$ 的光晕中。早期恒星形成天体具有：从宁静结构中的 $x_{mol} < 10^{-4}$ 到活跃区域中的 $x_{mol} > 0.1$ 的分子分数；恒星形成率 SFR ~$10^{-8}$-$10^{-3}M_{sun}/yr$；以及范围在 ~$10^{-8}$-$10^{-2}Z_{sun}$ 的金属丰度。大约 ~10% 的高红移光晕宿主星族 II-I 恒星形成并主导宇宙恒星形成率密度。它们通常是爆发性天体，在 z~9 时平均比恒星形成率约为 ~10 Gyr$^{-1}$，并随红移增加至 ~$10^2$ Gyr$^{-1}$。恒星反馈效应改变了光晕的重子含量，并局部影响其化学和热动力学性质，这反映在各种物理关系的展宽上。气体旋转支撑核心的建立相当罕见，与大尺度暗物质行为弱相关，并以间歇方式演化。相对于对环境影响非常敏感的热金属富集成分，较冷的富分子相倾向于维持任何已建立的旋转运动更长时间。虽然具有显著共转富分子气体比例的光晕随宇宙时间增加（从 z~20 时的百分之几增加到 z~9 时的 ~5-15%），但金属富集物质的混沌性质并未导致特定的趋势。