宇宙黎明时期最明亮的星系

近期的 JWST 观测表明，$z\gtrsim10$ 的星系候选体数量超出大多数理论模型。在此，我们探讨晕形成时标、恒星形成效率与尘埃消光之间的相互作用如何影响早期宇宙中可探测星系的性质与数密度。我们假设恒星形成效率为 100%、晕内所有气体转化为恒星、且星系处于 UV 辐射峰值年龄（约 10 Myr），计算出 UV 光度函数的理论上限。该上限比当前观测高约 4 个数量级，意味着这些观测与 $\Lambda$CDM 宇宙学中的恒星形成完全相容。在更现实的模型中，我们利用由扩展 Press-Schechter 理论导出的晕形成时标分布作为恒星形成率（SFR）的代理。我们预测，目前观测到的 $z\gtrsim10$ 星系主要由形成时标最快、因而 SFR 与年龄最为极端的星系主导。相比 UV 星等—晕质量关系的中值，这些星系可被向上散射约 1.5 mag。这很可能在高红移引入一种选择效应：迄今探测到的仅为最年轻（$\lesssim$10 Myr）、恒星形成最剧烈的星系（比恒星形成率$\gtrsim$30 Gyr$^{-1}$）。此外，我们的建模表明，UV 光度函数亮端的红移演化受尘埃消光累积的显著影响。我们预测，更深的 JWST 观测（达到 m~30）将揭示更典型的星系，其年龄相对较老（约 100 Myr）、比恒星形成率较不极端（z~10 处 $M_\mathrm{UV}$ ~ -20 的星系约为 10 Gyr$^{-1}$）。