哪些星系主导了宇宙的中性气体含量？

我们研究了具有不同性质的星系对恒星形成率 (SFR)、原子氢 (HI) 和分子氢 (H2) 全局密度随红移变化的贡献。我们使用了设定在 $\Lambda$CDM 框架下的 GALFORM 星系形成模型。该模型包含 SFR 的自洽计算，其依赖于星系的 H2 含量。预测的 SFR 密度及其由不同恒星质量和红外光度的星系贡献的部分与观测结果一致。该模型预测在 z<3 时 HI 密度仅有适度演化，这也与观测一致。预测显示 HI 密度始终由 SFR<1Msun/yr 的星系主导。这与 H2 密度形成对比，后者预测由 SFR>10Msun/yr 的星系主导。当前的高红移星系巡天仅限于探测 SFR>30Msun/yr 星系中的一氧化碳，而在我们的模型中，这些星系最多只占宇宙中 H2 的 20%。就恒星质量而言，预测的 H2 密度由大质量星系 ($M_\mathrm{stellar}>10^{10}M_\odot$) 主导，而 HI 密度由低质量星系 ($M_\mathrm{stellar}<10^9M_\odot$) 主导。在即将开展的中性气体巡天背景下，我们提出，主导宇宙 HI 含量的星系的暗弱性质将阻碍其光学对应体的识别；而对于 H2，我们预期对现有星系目录中的分子发射线进行后续观测将能够揭示宇宙的 H2 密度。