宇宙学流体动力学模拟中高红移[OIII]发射体的分布与物理性质

阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列(ALMA)近期的观测在红移 $z \sim 7 - 9$ 的星系中探测到了远红外发射线,例如[OIII] 88 \mu m 线。远红外谱线可用于探测此类高红移星系的结构与运动学,并精确测定其光谱红移。我们利用星系形成的宇宙学模拟来研究[OIII] 88 \mu m 发射体的物理性质。在边长为 50 $h^{-1}$ Mpc 的共动体积内,我们在 $z = 9$ 处定位到 34 个恒星质量大于 $10^8\ {\rm M_\odot}$ 的星系,在 $z = 7$ 处有超过 270 个此类星系。我们通过将 HII 区的物理模型与基于光致电离代码 CLOUDY 的发射线计算相结合,算出[OIII] 88 \mu m 光度($L_{\rm OIII}$)。我们表明,对于给定的恒星形成率,所得的 $L_{\rm OIII}$ 略高于由本地星系经验关系所预测的值,并且与近期对红移 7-9 星系的观测一致。具有 $L_{\rm OIII} > 10^8 {\rm L_\odot}$ 的明亮[OIII]发射体拥有大于 $10^9\ {\rm M_\odot}$ 的恒星质量、高于 $3\ {\rm M_\odot\ yr}^{-1}$ 的恒星形成率,且典型金属丰度约为 $\sim 0.1\ {\rm Z_\odot}$。这些星系寄居于质量大于 $10^{10.5}\ {\rm M_\odot}$ 的暗物质晕中。大质量星系呈现出特征性结构:[OIII]发射气体与年轻恒星大面积重叠,但发射峰值与主恒星族分离,这表明最初星系中恒星形成的随机与局域性质。我们提议利用詹姆斯·韦伯空间望远镜(JWST)将探测到的[OIII] 5007 \AA\ 线,来研究那些其[OIII] 88 \mu m 线发射已被 ALMA 探测到的星系的性质。