早期恒星形成星系的亚毫米波亮度
宇宙学与河外天体物理
2015-06-03 v1
摘要
基于早期恒星形成星系的三维模型，我们探讨了亚毫米波亮度的演化。该模型星系源自 Mori & Umemura 对原初星系进行的超高分辨率化学动力学模拟，其中恒星形成率 (SFR) 在 t<0.3 Gyr 时约为 10 Msun/yr，在 t>0.3 Gyr 时为几个 Msun/yr。前者很好地重现了莱曼阿尔法发射体 (LAEs) 的观测特性，后者则对应莱曼断裂星系 (LBGs)。我们在该模型星系中求解了团块状星际介质的三维辐射转移方程，考虑了尘埃颗粒的尺寸分布，并计算了尘埃温度随星系演化时间的函数。我们发现星际介质的团块性对亚毫米波亮度起着重要作用。在 LAE 阶段，尘埃颗粒集中在遍布星系的团块状恒星形成区域，能有效吸收来自恒星的紫外辐射。结果，尘埃被加热至 T>35 K。在 LBG 阶段，持续的超新星爆发将尘埃颗粒驱离恒星形成区域。随后，颗粒无法吸收大量来自恒星的辐射，进入接近宇宙微波背景 (CMB) 温度的冷态。因此，尘埃温度随演化时间降低，质量加权平均温度在 t=0.1 Gyr 时为 T=26 K，在 t=1.0 Gyr 时为 T=21 K。通过分析表明，尽管尘气比随时间单调增加，但 LAE 阶段的亚毫米波亮度高于 LBG 阶段。我们将模型星系置于给定红移处推导了光谱能量分布。若模型星系置于 6>z>2，发现 850 微米处的峰值流量为 S_850 ~ 0.2 - 0.9 mJy。这意味着 ALMA 利用 16 根天线积分不到一小时即可探测到 SFR 约为 10 Msun/yr 的早期恒星形成星系。
引用
@article{arxiv.1111.6680,
title = {Sub-millimeter brightness of early star-forming galaxies},
author = {Hidenobu Yajima and Masayuki Umemura and Masao Mori},
journal= {arXiv preprint arXiv:1111.6680},
year = {2015}
}
备注
9 pages, 9 figures, accepted for publication in MNRAS