第三星族星系的最大质量是多少？

我们利用宇宙学流体动力学模拟研究了暴露于强电离辐射下的暗物质晕中第三星族星的形成。我们模拟了三个暗物质晕在广泛电离通量范围内的形成过程，并发现在高通量下，电离和光致加热可以将气体坍缩和恒星形成延迟到暗物质晕质量显著大于原子冷却阈值之时。气体首次坍缩和冷却的阈值暗物质晕质量在中等通量下随电离通量增加而增加，并在极高通量下饱和于约高于原子冷却阈值一个数量级的值（例如在 $z\approx6$ 时为 $\approx 5 \times 10^8 ~ M_\odot$）。这一行为可以通过不断增长的暗物质晕中心处压力支撑、自屏蔽气体核心中的光致加热、电离/复合以及 Ly$\alpha$ 冷却来理解。我们考察了坍缩气体的球面平均径向速度剖面，发现高达 $\approx 10^{6}~ M_\odot$ 的气体质量可以在 $3~{\rm Myr}$ 内到达中心区域，这为可形成的巨型第三星族星数量提供了上限。与仅有强 Lyman-Werner (LW) 辐射相比，电离辐射将该上限提高了几倍。我们得出结论：最近从高红移星系 CR7 观测到的明亮 HeII 1640 \AA\ 发射不能仅用第三星族星来解释。然而，在某些暗物质晕中，可能会形成足够数量的第三星族星，从而可被诸如 James Webb Space Telescope (JWST) 等未来的望远镜探测到。