再电离的和谐模型：对暗弱星系与逃逸分数演化的启示

最近的观测将星系紫外光度函数限制到了 z~10。然而，由于暗弱星系丰度和电离光子逃逸分数的不确定性，仅靠这些观测允许存在很大范围的再电离情景。我们表明，要求与再电离后（z<6）的测量保持连续性（其中 Lyman alpha 森林提供了对电离光子宇宙发射率的完整探测），可以显著缩小允许的参数空间。同时与测得的紫外光度函数、到 CMB 的 Thomson 光深以及 Lyman alpha 森林数据相一致的模型要求以下三者之一：1）将星系光度函数外推至非常暗弱的紫外星等 M_lim ~ -10，大致对应于紫外背景抑制尺度；2）f_esc 从 z=4（最佳拟合为 4%）到 z=9 增加大于约 10 倍；或 3）更有可能的是，一种混合解决方案，其中未探测到的星系贡献显著且 f_esc 增加较为适中。在质量高达约 10^10 M_sun 的低质量再电离时期晕中恒星形成被强烈抑制的模型（例如，由于金属丰度依赖性），仅在 f_esc 演化的极端假设下才被允许。然而，此类模型中抑制质量降低的变体（例如，假设更早或更高的金属丰度下限）与数据更为吻合。满足现有数据的和谐情景预测了一致的 50% 电离分数红移 z_reion(50%) ~ 10。另一方面，再电离的持续时间对明亮星系与暗弱星系的相对贡献敏感，由暗弱星系主导的情景预测会有一个更延长的再电离事件。过于依赖高红移矮星系的情景受到动力学 Sunyaev-Zeldovich 测量的抑制，后者倾向于短暂的再电离历史。