Lyman-Werner 辐射对原星系气体云中 HD 冷却的抑制
宇宙学与河外天体物理
2015-05-19 v1
摘要
已有研究表明，在高红移处坍缩成大质量原星系晕的无金属气体中，HD 分子能够高效形成。由此产生的 HD 辐射冷却可将气体温度降至宇宙微波背景温度 T_CMB=2.7(1+z)K，显著低于仅通过 H_2 冷却所能达到的几百 K 的温度，从而降低第一代恒星的质量。在此我们考虑了 Lyman-Werner (LW) 带中紫外辐射对 HD 冷却的抑制。我们包含了 H_2 和 HD 的光致离解，并显式计算了两种分子的自屏蔽以及被中性氢的屏蔽，还有 HD 被 H_2 的屏蔽。我们使用了简化的动力学坍缩模型，并在存在紫外背景的情况下跟踪了气体的化学和热演化。我们发现，J_crit = 1e-22 erg/cm^2/sr/s/Hz 的 LW 通量能够抑制 HD 冷却，从而阻止坍缩中的原初气体温度降至 100 K 以下。当 J>J_crit 时缺乏 HD 冷却的主要原因是 H_2 的部分光致离解，这阻止了气体达到足够低的温度 (T<150K) 以使 HD 成为主要的冷却剂；除了在很窄的通量和柱密度范围内，直接的 HD 光致离解并不重要。由于阻止 HD 冷却仅需 H_2 的部分光致离解，临界通量 J_crit 较小，且低于在红移 z=10-20 处使宇宙再电离所需的紫外背景。我们得出结论，HD 冷却只能在再电离纪元之前很久形成的罕见晕中降低典型恒星的质量。
关键词
引用
@article{arxiv.1009.1087,
title = {Suppression of HD-cooling in protogalactic gas clouds by Lyman-Werner radiation},
author = {Jemma Wolcott-Green and Zoltán Haiman},
journal= {arXiv preprint arXiv:1009.1087},
year = {2015}
}
备注
14 pages with 9 figures, submitted to MNRAS