نموذج تحليلي لتاريخ تشكيل النجوم الكونية

نستخدم التفكير التحليلي البسيط لتحديد العمليات الفيزيائية التي تدفع تطور كثافة تشكيل النجوم الكونية في عوالم المادة المظلمة الباردة. بناءً على تحليلنا، نقوم بصياغة نموذج لوصف اعتماد كثافة تشكيل النجوم على الزد، ونقارن النتائج التي تم الحصول عليها من مجموعة من المحاكاة الهيدروديناميكية التي تشمل تشكيل النجوم والتغذية الراجعة. في الأزمان المبكرة، تكون الكثافات مرتفعة بما يكفي وأوقات التبريد قصيرة بما يكفي بحيث تتوفر كميات وفيرة من الغاز المكون للنجوم في جميع هالات المادة المظلمة التي يمكنها التبريد من خلال العمليات الذرية. ونتيجة لذلك، تزداد كثافة تشكيل النجوم بشكل أساسي أسيًا مع تقليل الزد، بغض النظر عن تفاصيل النموذج الفيزيائي لتشكيل النجوم، ولكن اعتمادًا على التطبيع وشكل طيف الطاقة الكونية. هذه المرحلة من التطور تسيطر عليها النمو المدفوع بالجاذبية لوظيفة كتلة الهالة. عند الزد المنخفض، تنخفض الكثافات مع توسع الكون إلى النقطة التي يتم فيها تثبيط التبريد، مما يحد من كمية الغاز المكون للنجوم المتاحة. نجد أنه في هذا النطاق، تتناسب معدل تشكيل النجوم تقريبًا مع معدل التبريد داخل الهالات. نستنتج تعبيرات تحليلية لتاريخ تشكيل النجوم الكامل ونظهر أنها تتطابق مع نتائج محاكياتنا بشكل أفضل من ~10%. باستخدام تقريبات متنوعة، نقوم بتبسيط التعبيرات إلى دالة تحليلة بسيطة يمكن استخدامها لحساب الكميات الكونية العالمية المتصلة مباشرة بتاريخ تشكيل النجوم. كمثال، نأخذ في الاعتبار كثافة النجوم المجمعة، ومعدلات المستعرات الأعظمية والانفجارات الكونية المرئية على الأرض، وتاريخ غنى المعادن في الكون، وكثافة الأجسام المضغوطة. (مختصر)