早期星系中的随机恒星形成：JWST 的启示

高红移星系中的恒星形成率（SFR）由于相互竞争的物理过程而预期具有时间变异性。此类随机变异性可能提升星系光度，或许可解释 JWST 在 $z\gtrsim 10$ 处观测到的过量。我们旨在量化此种变异性的幅度与时标，并识别关键的驱动物理过程。我们从 SERRA（一套高分辨率辐射-流体宇宙学模拟）中选取 245 个恒星质量 $5\times 10^{6}\lesssim M_\star/{\rm M}_\odot\lesssim 5\times 10^{10}$ 的 $z=7.7$ 星系。在拟合平均 SFR 趋势 $\langle {\rm SFR} \rangle$ 后，我们量化每个系统的时变 $\delta(t) \equiv \log [\rm SFR/\langle {\rm SFR} \rangle]$，并进行周期图分析以搜寻周期调制。我们发现 $\delta(t)$ 服从零均值高斯分布，标准差 $\sigma_\delta \simeq 0.24$（对应 UV 星等标准差 $\sigma_{\rm UV} \simeq 0.61$）且与 $M_\star$ 无关。然而，调制时标随恒星质量增加：$M_\star \sim (0.1, 1, 5)\times 10^9\, {\rm M}_\odot$ 时分别为 $t_\delta \sim (9, 50, 100)\, \rm Myr$。这些时标由不同过程印刻于 SFR 上：（i）光蒸发、（ii）超新星爆发、以及（iii）宇宙学吸积/并合，分别主导低、中、高质量系统。预测的 SFR 变化无法解释所需的 $z\gtrsim 10$ UV 光度函数增强。因此必须借助其他过程，如辐射驱动外流清除尘埃，来解释超早期系统增强的光度。