驱动宇宙恒星形成历史的物理机制

我们利用构成“压倒性大尺度模拟”（OWLS）项目的五十多个大型宇宙学流体动力学模拟，研究了驱动宇宙恒星形成（SF）历史的物理机制。我们系统地改变模型参数，以确定哪些物理过程起主导作用，以及模型的哪些方面是稳健的。总体上，我们发现恒星形成在高红移时受到暗物质晕形成的限制，在中等红移时达到一个宽峰，随后由于在更热、密度更低的气体中冷却速率降低、气体耗尽以及恒星和黑洞的自调节反馈而减弱。因此，较高红移的恒星形成主要由宇宙学参数决定，其次受再电离光加热的影响。恒星形成历史峰值的位置和高度，以及向当前时刻下降的陡峭程度，取决于恒星和黑洞反馈的物理机制及其实现方式。中等质量恒星的质量损失和金属线冷却都促进了晚期的恒星形成速率。星系以一种自调节的方式形成恒星，其速率由大质量恒星和黑洞的反馈与气体冷却和吸积之间的平衡控制。矛盾的是，恒星形成速率对假定的恒星形成律高度不敏感。这可以从自调节的角度来理解：如果恒星形成效率改变，那么星系会调整其气体比例，以达到相同的大质量恒星产生速率。吸积黑洞的自调节反馈是匹配观测到的红移低于2时恒星形成速率急剧下降所必需的，尽管来自恒星形成的更极端反馈（例如在高气压下采用上重初始质量函数）也能有所帮助。