宇宙黎明时质量相关随机性的影响

JWST 揭示了在红移 $z\gtrsim 10$ 的紫外选取（UV）星系数量密度中缺乏显著演化的惊人事实。同时，观察和模拟正在为高 $z$ 星系提供高度冲动性星形成的证据，导致其 UV 亮度显著离散。低质量暗物质星系预期会因其浅表势阱而经历大多数随机性。我们使用简单解析模型探讨了质量相关随机性的影响。我们假设 $M_\mathrm{UV}-M_h$ 关系中的离散随暗物质星系质量 $M_h$ 减小而增大，遵循着 halo 逃逸速度下降，$\sigma_\mathrm{UV} \sim M_h^{-1/3}$，独立于红移。由于低质量星系在早期宇宙中占主导地位，该模型自然预测与无离散模型相比，在较高红移处的 UV 亮度函数（LFs）增加。我们为受随机性影响的额外可观测量做出预测，这些可观测量可用于约束其幅度，发现：（i）星系在没有离散的情况下更不易聚类，差异随更高 $z$ 而增大；（ii）假设以冲动性星系为离子化光子预算主导者，意味着在无离散情况下，重化更早发生且更渐进；（iii）在固定 UV 幅度下，星系应表现出 UV 斜率、nebular 发射线强度和 Balmer 断裂的广泛范围。将结果与观察进行比较，质量相关随机性模型成功复现了至 $z\sim12$ 的观察到的 LFs。然而，该模型无法匹配 $z\sim14$ 的观察到的 LFs，暗示额外的物理过程在最早的星系中增强了星形成效率。