首批星系的莱曼阿尔法特征

我们展示了宇宙莱曼阿尔法辐射转移代码（COLT），这是一个大规模并行的蒙特卡洛辐射转移代码，用于模拟中性氢中的莱曼阿尔法（Ly$\alpha$）共振散射，以此作为探测首批星系的探针。我们探讨了中心产生的 Ly$\alpha$ 辐射与宿主星系环境的相互作用。从明亮星暴区发射的 Ly$\alpha$ 光子逃逸时，其谱线轮廓会呈现出取决于密度分布、电离结构和整体速度场的特征。例如，各向异性电离表现出靠近谱线中心的高峰值，并带有逐渐下降的偏斜拖尾。针对首批星系的理想化模型探讨了质量、各向异性 H II 区以及辐射压驱动风对 Ly$\alpha$ 观测量的影响。我们采用网格细化技术来解析关键结构。我们还对第一性原理宇宙学模拟进行了后处理，并检查了在 1 Mpc$^3$ 共动体积内不同逃逸距离处捕获的图像。最后，我们在高红移观测的背景下讨论了这些天体的出射光谱和表面亮度轮廓。首批星系很可能通过 Ly$\alpha$ 谱线的红端阻尼翼被观测到。观测将偏向于那些本征红峰远离谱线中心且位于广阔 H II 超气泡中的星系，这使得哈勃流能够将光子充分红移至远离谱线中心的位置，从而促进其穿过星际介质（IGM）。即使利用引力透镜增强亮度，这项初步工作也表明，维里质量 $M_{\rm vir}<10^9~{\rm M}_\odot$ 的晕内恒星团簇发出的 Ly$\alpha$ 辐射通常过于微弱，无法被詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）探测到。