AGORA 高分辨率星系模拟比较项目. X：宇宙黎明时期星系的形成与演化

最新的 JWST 观测揭示了意外发光的高红移星系，星质量和光度显著高于理论模型在宇宙黎明时期的预测。本研究提出了一套针对高红移 ($z \geq 10$) 星系的 cosmological zoom-in 模拟，暗物质星系质量在 $z=10$ 时为 $10^{10} - 10^{11}\ {\rm M}_{\odot}$ 范围内，使用最先进的星系形成模拟代码（Enzo、Ramses、Changa、Gadget-3、Gadget-4 和 Gizmo）进行模拟。本研究旨在评估参与代码的收敛性以及其在未对高红移环境添加额外物理条件下，复现在相对较低红移校准的星系形成模型下的高红移星系的可重复性。亚网格物理遵循 AGORA CosmoRun 框架，调整分辨率和初始条件以模拟早期宇宙中类似的物理环境。参与代码对关键星系性质（如星质量）表现出一致性，但也揭示了显著差异（如金属丰度），表明高红移时期的星系性质对模拟中的反馈实现高度敏感。质量为 ${\rm M}_{\rm halo}\geq5\times10^{10}\,{\rm M}_{\odot}$（在 $z=10$ 时）的大型星系在 $10\leq z\leq12$ 时成功复现了观测到的星质量、金属丰度和 UV 光度，无需额外的亚网格物理；但在更高红移时期趋于低估这些性质。我们还发现，改变尘埃-金属比例对模拟星系的 UV 光度影响有限，而缺失尘埃则显著增强 UV 光度。在未来的工作中，将进行更高分辨率的模拟，以更好地理解宇宙黎明时期星系的形成与演化。