再电离时代中JWST极早期星系、外流与莱曼阿尔法可见性

JWST探测到的极早期（红移$z>10$）、明亮（$M_{\rm UV} < -20$）且偏蓝星系的过量现象（Ferrara等人2023）被解释为这些系统中可忽略的尘埃衰减所致。我们表明该模型正确再现了$z>10$处的紫外光度函数以及恒星形成率（SFR）密度演化。该模型还预测（与数据一致）宇宙比恒星形成率随${\rm sSFR} \propto (1+z)^{3/2}$增长。在$z \simeq 10$处，宇宙sSFR跨越临界值$\rm sSFR^\star = 25\, \rm Gyr^{-1}$，约45%的星系成为超爱丁顿并驱动外流，达到$\approx 830 \,(\epsilon_\star/f_M)^{1/2}\, {\rm km\, s}^{-1}$的速度，其中$\epsilon_\star$和$f_M$分别为恒星形成效率和外流中抛出的晕气体比例。该预测与JWST/JADES样本中12个超爱丁顿星系测得的外流速度一致。此类外流清除尘埃，从而增强星系光度。它们还通过引入速度偏移显著提高了$z>10$星系Ly$\alpha$线的可见性。若$\log N_{\rm HI} \simeq 20.1$（意味着外流高度电离），外流模型同时再现了GN-z11（$z=10.6$）中观测到的Ly$\alpha$性质。我们对其他极早期星系的Ly$\alpha$可见性作出类似预测，并将模型与$z>7$处的Ly$\alpha$巡天比较，发现本质上所有超爱丁顿（亚爱丁顿）星系均被（未被）Ly$\alpha$探测到。最后，随着外流开辟电离透明通道使LyC光子泄漏，sSFR与LyC逃逸分数呈正相关。