氦电离背景涨落的自洽三维模型

在 $z\gtrsim2.7$ 处观测到 He II Ly$\alpha$ 森林有效光深的巨大变化，但这些变化的物理本质尚不确定：要么宇宙仍在经历 He II 再电离过程，要么宇宙已高度电离但 He II 电离背景在大尺度上显著涨落。为了增进对后一情形的理解，我们提出了一种电离背景涨落演化的新模型。以往的模型假设电离光子的平均自由程在空间上均匀，忽略了该尺度对星系际介质（IGM）局域电离状态的依赖。当平均自由程远大于 He II 电离光子主要源（$\gtrsim L_\star$ 类星体）的平均间距时，这一假设是合理的。然而，当不再满足此条件时，背景涨落变得更加剧烈，而要对电离光子穿过 IGM 的平均传播作出准确描述，还需额外考虑不透明度的涨落。我们通过构建从 $z=2.5$-$3.5$ 的氦电离背景三维半解析模型来展示该效应的重要性，这些模型显式包含了电离光子空间变化的平均自由程。所得 He II Ly$\alpha$ 森林大尺度有效光深分布与 HST/COS 在 $2.5 \lesssim z \lesssim 3.5$ 的最新观测非常相似。