MARIGOLD 星系中 [C II] 线发射作为星际介质探针

[C II] 细结构线于157.74 $\mu$m 是最亮的红外发射线之一，是探测星系性质（如星形成率 (SFR) 和分子气体质量 ($M_{\mathrm{mol}}$)）的重要手段。我们利用高分辨率数值模拟，测试 [C II] 线作为高红移星系 $M_{\mathrm{mol}}$ 标志器的可靠性，并调查 [C II]-$M_{\mathrm{mol}}$ 关系中关于 SFR 和金属丰度的次要依赖性。我们研究 [C II] 亮度函数 (LF) 的时间演化，以及 [C II] 发射和星形成的相对空间范围。我们对 MARIGOLD 模拟的星系进行后处理，在红移 $3 \le z \leq 7$ 下获得其 [C II] 发射。这些模拟使用亚网格化学模型 HYACINTH进行，实时跟踪 $\mathrm{H_2}$、$\mathrm{CO}$、$\rm C$ 和 $\mathrm{C^+}$ 的非平衡丰度。基于这些红移的星系统计样本，我们调查 [C II] 线亮度、L([C II]) 与 SFR、$M_{\mathrm{mol}}$、总气体质量和气相金属质量 ($M_{\mathrm{metal}}$) 之间的相关性。我们发现，在 L([C II])-$M_{\mathrm{mol}}$ 关系中考虑次要依赖性可将 $M_{\mathrm{mol}}$ 预测提高约 2.3 倍。我们模拟的星系 [C II] 发射与 $M_{\mathrm{metal}}$ 相关性最强。大约 20%（10%）的我们在 $z=5$（$z=4$）的星系具有 [C II] 发射范围超过星形成活动范围的 2 倍。[C II] LF 快速演化，始终用不显示明亮端指数截止的双幂律良好地近似。我们记录在 1.4 Gyr内，L([C II]) $\sim 10^9 \, \mathrm{L_{\odot}}$ 发射器数密度增加了 600 倍。