Astraeus II：量化宇宙再电离时期的宇宙方差影响

詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）和南希·格雷斯·罗曼空间望远镜（NGRST）等下一代望远镜将使我们能够以空前的细节研究宇宙的第一个十亿年。本工作中，我们使用 ASTRAEUS（在 N 体暗物质模拟中耦合星系形成与再电离的半数值辐射转移框架，semi-numerical rAdiative tranSfer coupling of galaxy formaTion and Reionization in N-body dArk mattEr simUlationS）框架，该框架耦合了星系形成与再电离（涵盖多种再电离反馈模型），以估算 JWST 巡天中预期的 UV 光度函数（UV LF）和恒星质量函数（SMF）的宇宙方差。我们发现不同的再电离情景对宇宙方差影响甚微。大部分宇宙方差完全由底层密度场驱动，对于 JADES-deep 巡天（面积为 46 角分$^2$ 的深层 JWST 高级河外星系巡天），在 $z =12 (6)$ 时 ${\rm M}_{\rm UV} \sim -17.5 (-20)$ 处宇宙方差超过 $100\%$；宇宙方差随巡天面积增大而减小，且大致与红移无关。我们发现 Lyman Break 星系（LBGs）UV LF 的暗端（${\rm M}_{\rm UV} > -17$）斜率随再电离反馈增强而愈发平缓，并展示了 JWST 观测将如何在考虑宇宙方差的情况下区分 $z>9$ 的不同再电离反馈模型。我们还展示了再电离时期（EoR）中 LBGs 的环境（以密度和电离场表示），发现底层过密度与电离分数随 UV 光度正相关。最后，我们提供了一个公开软件工具，供有兴趣的读者计算不同红移和巡天面积的宇宙方差。