基于重化演化模拟的 Lyα 减挡翼吸收约束重化时期

最近的 JWST NIRSpec PRISM/CLEAR 观测开始提供 $z\gtrsim7$ 天体的 rest 框 UV 连续光谱，揭示了由星际介质 (IGM) 引起的 Lyα 减挡翼 (DW) 吸收特征。我们发展了一种方法，用于利用低分辨率光谱来约束 IGM 的全局电离分数 $(Q_{\rm HII})$，采用随机森林分类 (RFC) 方法。我们利用来自 Cosmic Dawn II 模拟的模拟天体和 IGM 数据构建草拟光谱，并训练 RFC 模型以估计源红移处的 $Q_{\rm HII}$ 并检测是否存在阻尼 Lyα 吸收体 (DLA)。我们发现，具有 1220至 1270 {\AA} 光谱区间且信噪比大于 20 的单个天体光谱可在准确建模 UV 连续光谱的前提下，对 $Q_{\rm HII}$ 施加紧密约束。该方法在 $Q_{\rm HII}<50\%$ 的早期重化阶段尤其有效，因为此时 IGM 的 DW 区域不透明。作为演示，我们将该模型应用于现有的 NIRSpec PRISM/CLEAR 光谱，分别在 $z=7.7,~9.4,$ 和 $10.6$ 处将 $Q_{\rm HII}$ 的上限置于 $59.6\%$, $5.6\%$, 和 $18.5\%$，置信水平为 $68\%$，尽管仍需讨论若干建模不确定性。这些约束倾向于偏好晚启动的重化模型，即在 $z>8$ 时，IGM 的约 $80\%$ 已被电离。我们得出结论，针对 $z\sim7-9$ 附近的精选目标进行高信噪比观测可有效约束重化模型。