从宇宙微波背景光学深度约束第一代发光电离源
天体物理学
2009-11-13 v1
摘要
我们研究了从近期 WMAP-5 测量——宇宙微波背景（CMB）的电子散射光学深度 τ_e = 0.084 ± 0.016——推断出的高红移恒星形成、紫外和 X 射线预电离以及再电离时期红移 z_r 的约束。其中一半散射可由红移 z < z_GP = 6–7 时完全电离的星系际介质（IGM）的光学深度 τ_e = 0.04–0.05 解释，这与中性氢的 Gunn-Peterson 吸收一致。所需的额外光学深度 Δτ_e = 0.03 ± 0.02（z > z_GP）约束了第一代发光源的电离贡献。WMAP-5 还测量了小尺度功率的显著增加，这降低了来自迷你暗晕的恒星形成和电离所需的效率。早期大质量恒星（紫外辐射）和黑洞（X 射线）可以产生部分电离的 IGM，补充不完全复合留下的残余电子。电离历史 x_e(z) 计算的不准确性以及宇宙学参数（Ω_m, Ω_b, σ_8, n_s）的简并性为 τ_e 的测量和建模引入了系统不确定性。从 z > z_GP 源的额外光学深度出发，我们利用标准重子坍缩、迷你暗晕恒星形成和黑洞 X 射线预电离的历史，限制了恒星形成效率、Pop III 和 Pop II 恒星电离光子产生率以及光子逃逸分数。
引用
@article{arxiv.0806.0392,
title = {Constraints on First-Light Ionizing Sources from Optical Depth of the Cosmic Microwave Background},
author = {J. Michael Shull and Aparna Venkatesan},
journal= {arXiv preprint arXiv:0806.0392},
year = {2009}
}
备注
Greatly revised version, based on WMAP-5 results and new models. Accepted for ApJ (2008)