低红移莱曼阿尔法森林能否约束活动星系核反馈模型？

我们通过分析 z=0.1 处的 Illustris 与 IllustrisTNG 模拟，研究了低红移莱曼阿尔法（Ly$\alpha$）森林在约束活动星系核（AGN）反馈模型方面的潜力。这些模拟非常适合研究 AGN 反馈对星系际介质（IGM）的影响，因为它们具有相同的初始条件，但在反馈方案上存在显著差异。两种模拟均显示 IGM 受到 AGN 反馈的显著影响。具体而言，Illustris 中的反馈更强，使得冷重子比例降至 23%，而 IllustrisTNG 中为 39%。然而，当将 Ly$\alpha$ 森林的各种统计量（如多普勒宽度与 H I 柱密度的二维及边缘分布、谱线密度和流量功率谱）与真实数据比较时，我们发现其中大多数统计量对上述反馈模型的差异基本不敏感。这种敏感性的缺失源于冷重子比例与 H I 光致电离率（$\Gamma_{\rm HI}$）之间的基本简并，因为二者的乘积决定了 Ly$\alpha$ 森林的光学深度。由于 $\Gamma_{\rm HI}$ 无法从第一性原理精确预测，它必须作为 nuisance 参数被调节以匹配观测到的 Ly$\alpha$ 谱线密度。在调节 $\Gamma_{\rm HI}$ 后，所考虑统计量间的差异基本消失。仅在小空间尺度上的 Ly$\alpha$ 流量功率谱表现出潜在可观测的差异，尽管这可能特定于 Illustris 中采用的相对极端的反馈模型。若没有对 $\Gamma_{\rm HI}$ 或冷重子比例的独立约束，利用低红移 Ly$\alpha$ 森林约束 AGN 反馈将非常困难。