第一批星系：初始星暴的特征

随着詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）的发射，在下一个十年内，探测z>10处第一批星系发出的辐射将成为可能。我们对一个在z=12.5处、质量为10^8 M_Sun的矮星系中的第三星族（Pop III）星暴进行了宇宙学辐射流体动力学模拟。针对不同的恒星形成效率和恒星初始质量函数（IMFs），我们在恒星种群在星暴最初约3 Myr内不演化的简单假设下，计算了复合线H_alpha、Ly_alpha和He II 1640的光度和等效宽度（EWs）。尽管星系中心100 pc内只有不到40%的气体被光电离，但我们发现大质量恒星的光加热引起了强烈的动力学响应，导致氢复合线发射的光度与恒星总质量之间的相关性较弱。然而，由于He II电离光子的逃逸比例较低，He II 1640发射的光度与恒星总质量的相关性要强得多。在许多情况下，He II 1640光度与Ly_alpha或H_alpha光度之比被发现是IMF的良好指示器。对于由100 M_Sun Pop III恒星组成的星团，可观测流量比为F_1640/F_Halpha ~ 1；对于由25 M_Sun Pop III恒星组成的星团，该比值约为0.1。He II 1640发射线的EW是最可靠的IMF指示器，对于大质量Pop III IMF和超大质量Pop III IMF，其值分别在约20至约200埃之间变化。第一批矮星系中Pop III星暴的明亮初始阶段可能无法被JWST直接探测到。相反，JWST可能只会发现质量更大、因而化学演化更充分的星系，这些星系拥有正常的星族I/II恒星形成。