高红移星系中莱曼-alpha 逃逸的物理机制

来自电离源和冷却辐射的莱曼-alpha (Lyα) 光子经历复杂的共振散射过程，在高红移星系中产生独特的光谱特征。我们基于 Feedback In Realistic Environments (FIRE) 项目的宇宙学 zoom-in 模拟，给出详细的 Lyα 辐射转移研究。我们聚焦于在红移范围 z = 5-7 内，Lyα 发射逃离星系并经星系际介质(IGM)透射后的时间、空间和角向性质。在此时期，我们的目标星系平均恒星质量为 $M_{\rm star} \approx 5 \times 10^8 {\rm M}_\odot$。我们发现 Lyα 谱线的许多有趣特征可由星系的恒星形成历史理解。Lyα 性质的时间变率、空间形态和各向异性与当前观测一致。例如，静止系等效宽度具有 ${\rm EW}_{{\rm Ly}\alpha,0} > 20 {\rm \AA}$ 的占空比 62%，且存在数量不可忽略的视线超过 $100 {\rm \AA}$，这些与星暴的外流区相关，其具有更大的重合 UV 连续吸收，因为这些条件产生更红、更窄(或单峰)的线轮廓。最低等效宽度对应于宇宙学纤维，其对 UV 连续光子影响甚微，但高效俘获 Lyα 并产生更蓝、更宽的谱线，且经 IGM 透射更少。我们还表明，在致密自屏蔽、低金属丰度的纤维和卫星星系中，Lyα 辐射压可在动力学上十分重要。最后，尽管表面亮度随红移增加显著减小，利用即将到来的 James Webb Space Telescope 对高-$z$ 星系进行 Lyα 探测与光谱观测是可行的。