高红移星系的本质

我们利用冷暗物质（CDM）合并层级中的半分析星系形成模型，探讨了高红移（$z \ga 2$）Lyman-break星系（LBGs）的若干天体本质场景。我们考虑了一种“碰撞式星际浪头”模型，其中星际形成爆发由星系-星系碰撞触发，发现预测的大量LBGs为星际浪头。这一模型在合理的尘埃衰减下，能够再现观测到的亮LBGs随红移的常伸缩数密度以及在 $z\sim 3$ 和 $z\sim 4$ 处的观测光度函数。模型天体在 $z \sim 3$ 处的星际形成率、半径、I-K 颜色以及内部速度分散均与观测数据良好一致。诸如星际形成率密度、宇宙中冷气和金属含量随红移的全局量也与观测良好一致。还考察了两种无星际浪头的“静止”模型：一种是星系中星际形成效率随红移保持不变，另一种是其随旋臂动力学时间成反比，从而在红移快速增大。第一种静止模型在考虑现实尘埃衰减后，因无法产生足够的高红移星系而被强烈排除。第二种静止模型仅勉强吻合，但在高红移处低估了冷气和非常亮的星系。总体结论是，高红移处的星际形成必须比局部更高效。碰撞式星际浪头模型能够自然实现这一点，且不违反其他观测约束。