约束活动星系核对再电离的贡献

最近的结果表明，活动星系核（AGN）可能提供足够的光子来使宇宙再电离。我们使用一个用于模拟再电离的半数值框架评估了这一情景的可行性，并通过基于 Giallongo et al. 观测构建类星体晕占据分布（QHOD）在其中加入了类星体的贡献。假设 QHOD 恒定，我们发现纯 AGN 模型无法同时匹配光学深度 $\tau_e$、中性分数和电离发射率的观测结果。相对于 Planck 约束，该模型预测的 $\tau_e$ 低了约 $2\sigma$，并在 $z\lesssim 5$ 时使宇宙再电离。任意增加 AGN 发射率以匹配这些结果，会导致在 $z\sim 5$ 时与观测到的电离发射率产生严重失配。如果我们转而假设一个与红移无关的 AGN 光度函数，产生类似 Madau & Haardt 模型中假设的发射率演化，那么我们可以匹配 $\tau_e$，尽管再电离发生得较晚，然而这种演化与 $z\sim 4-6$ 的观测结果不一致，且在物理上缺乏动机。产生这些结果的原因是，与典型的再电离星系相比，AGN 更偏向于大质量晕，从而导致更强的聚集和更晚的形成时间。以 AGN 为主导的模型产生更大的电离气泡，这反映在所有尺度上 21cm 功率谱均高出约 2 倍。一个星系与 AGN 贡献相等的模型仍（勉强）与观测结果一致，但可以通过下一代 21cm 实验 HERA 和 SKA-low 加以区分。我们得出结论，即使最近有声称称暗弱 AGN 的数量比此前认为的更多，AGN 也极不可能主导再电离的电离光子预算。