THESAN-ZOOM 项目：高红移星系中的恒星形成效率

最近的 JWST 观测暗示早期宇宙中存在出乎意料的剧烈宇宙恒星形成，这通常归因于恒星形成效率 (SFEs) 的提高。在此，我们分析了 THESAN-ZOOM 中的 SFE，这是一项针对高红移（$z \gtrsim 3$）星系的全新放大辐射流体动力学模拟项目，采用了能够解析多相星际介质 (ISM) 的最先进星系形成模型。晕尺度 SFE（$\epsilon^{\ast}_{\rm halo}$）——即被晕吸积的重子转化为恒星的比例——遵循对晕质量的双幂律依赖关系，在 $M_{\rm halo} \gtrsim 10^{9.5}\,{\rm M}_{\odot}$ 之上具有温和的红移演化。在大晕质量处，幂律斜率约为 1/3，这与气体外流由动量驱动时的预期一致。在较低质量处，斜率约为 2/3，更符合能量驱动外流情景。在 $M_{\rm halo} \lesssim 10^{11}\,{\rm M}_{\odot}$ 时，$\epsilon^{\ast}_{\rm halo}$ 比经验星系形成模型中通常假设的大 2-3 倍。在星系（kpc）尺度上，中性气体的 Kennicutt-Schmidt (KS) 关系在 THESAN-ZOOM 中是普适的，遵循 $\Sigma_{\rm SFR} \propto \Sigma_{\rm gas}^2$，表明 ISM 中存在由恒星反馈维持的湍流能量平衡。$\epsilon^{\ast}_{\rm halo}$ 随晕质量的增加主要可归因于大质量星系中气体面密度的增加，而潜在的 KS 关系和中性恒星形成气体比例保持不变。尽管 $\epsilon^{\ast}_{\rm halo}$ 随红移的增加相对温和，但这足以解释 $z \gtrsim 12$ 处观测到的大量紫外明亮星系的数密度。然而，重现 $M_{\rm UV} \lesssim -21$ 处最明亮的源可能需要将 SFE 外推至 THESAN-ZOOM 直接覆盖的晕质量范围之外。