第一代星系：组装、冷却与湍流的 onset

我们利用高分辨率数值模拟研究了红移 $z > 10$ 处第一代星系的性质，从宇宙学初始条件出发，并考虑了所有相关的原始化学和冷却过程。第一代星系的特征是原子氢冷却的开始（一旦维里温度超过 $10^4$ K）及其保留光加热气体的能力。我们通过详细的并合树追踪了一个 $5\times10^7\, M_\odot$ 系统的复杂吸积和恒星形成历史，并推导了其组装前形成的第三星族（Pop III）恒星数量的上限。我们研究了落入气体的热演化和化学演化，发现温度 $> 10^4$ K 时的部分电离催化了 H2 和氢氘化物的形成，使气体能够冷却到宇宙微波背景的温度。取决于辐射和化学反馈的强度，原始恒星形成可能由在第一代星系组装期间形成的中等质量 Pop III 恒星主导。对初生星系的吸积始于热吸积，即气体直接从星际介质吸积并被激波加热至维里温度，但很快伴随着冷吸积阶段，此时气体在细丝中冷却，然后以高速流入母晕。后者驱动星系中心的超音速湍流，并可能导致非常有效的化学混合。因此，第一代星系中湍流的开始很可能标志着向第二星族（Pop II）恒星形成的过渡。