早期宇宙中第三星族恒星识别的挑战

JWST最近的发射使得探测第一代无金属、第三星族(Pop. III)恒星这一令人振奋的前景成为可能。确定能够稳健表明Pop. III恒星存在而非其他可能污染物的发射线特征,是解释JWST数据的一项关键挑战。为此,我们运行了关于 $z\geq10$ 处矮星系周围区域的高分辨率(亚秒差距)宇宙学辐射流体动力学模拟,以预测Pop. III/Pop. II转变的发射线特征。我们表明,缺乏金属发射线并不是Pop. III恒星的可靠诊断,因为模拟中富金属星系可维持较低的[OIII] 5007${\rm \r{A}}$发射,由于灵敏度限制可能无法探测到。将光谱硬度探针(如HeII 1640${\rm \r{A}}$/H$\alpha$)与金属丰度诊断相结合更有可能探测无金属恒星的存在,尽管来自沃尔夫-拉叶星、X射线双星或黑洞的污染可能很重要。Pop. III星系的硬发射由于大质量Pop. III恒星的短恒星寿命而快速消退,这可能进一步抑制探测。类似地,Pop. III恒星在离开主序后可能因星云气体的冷却辐射或超新星遗迹而可探测;然而,这些特征也是短寿命的(即几Myr),且诸如闪烁黑洞等污染物可能混淆该诊断。虽然JWST将提供独特的机会以光谱学探测最早星系的性质,但与原始系统相关的短时空尺度以及解释关键诊断发射线的模糊性可能阻碍进展。在声称发现纯Pop. III恒星系统之前,需要特别谨慎。