O Impacto da Estocasticidade Dependente da Massa na Aurora Cósmica

Resumo O Telescópio Espacial James Webb está revelando uma surpreendente falta de evolução nas densidades numéricas de galáxias selecionadas no ultravioleta (UV) a um desvio vermelho z ≳ 10. Ao mesmo tempo, observações e simulações estão fornecendo evidências de formação estelar altamente episódica em galáxias de alto z, resultando em uma variação significativa em suas luminosidades UV. Espera-se que galáxias em halos de matéria escura de baixa massa experimentem a maior parte da estocasticidade devido aos seus poços potenciais rasos. Aqui, exploramos o impacto de uma estocasticidade dependente da massa usando um modelo analítico simples. Assumimos que a variação na relação M UV – M h aumenta à medida que a massa do halo diminui, seguindo a diminuição na velocidade de escape do halo, σ UV ∼ M h − 1 / 3, independentemente do desvio vermelho. Como halos de baixa massa são mais dominantes no universo primitivo, este modelo prevê naturalmente um aumento nas funções de luminosidade UV (LFs) em altos desvios vermelhos em comparação com modelos sem variação. Fazemos previsões para observáveis adicionais, que seriam afetados pela estocasticidade e poderiam ser usados para restringir sua amplitude, encontrando (i) galáxias menos agrupadas em comparação com o cenário sem variação, com a diferença aumentando em maiores z; (ii) assumindo que galáxias de formação estelar intensa dominam o orçamento de fótons ionizantes implica que a reionização começa mais cedo e é mais gradual em comparação com o caso sem variação; (iii) com magnitude UV fixa, as galáxias devem exibir amplas faixas de inclinações UV, intensidades das linhas de emissão nebular e quebras de Balmer. Comparando com observações, o modelo de estocasticidade dependente da massa reproduz com sucesso as LFs observadas até z ∼ 12. No entanto, o modelo não consegue igualar as LFs observadas em z ∼ 14, implicando que processos físicos adicionais aumentam a eficiência de formação estelar nas galáxias mais antigas.