对首批星系电离效率的约束

对莱曼$\alpha$森林以及 $z\sim5$-$10$ 高红移星系的观测表明，仅有足够的光子能在 $z\sim5$-$6$ 时维持宇宙处于电离状态，这表明再电离过程以“光子匮乏”的方式结束。为了产生由 WMAP 电子散射光学深度约束所暗示的延长再电离历史，早期的电离发射率必须更高。在此，我们探讨了一种可能性：即宿主晕质量约为 $10^8$-$10^9 M_\odot$ 的微弱星系群体，由于其更高的逃逸分数，在 $z>9$ 的红移处主导了电离光子预算。这类微弱的早期星系不会在电离区域形成，因为会受到紫外背景（UVB）加热的抑制，因此在 $z<6$ 再电离完成后，它们不会对电离背景做出贡献。我们的模型符合：(1) 观测到的高红移星系的低逃逸分数；(2) WMAP 对 $\tau_{es}\sim0.09$ 的约束；(3) $z<6$ 时 UVB 的低值；以及 (4) 从莱曼断裂星系推断出的观测恒星形成率密度。在此情景下，不需要来自第三星族星的顶部重初始质量函数（IMF）。我们将我们的模型与文献中最近的模型进行了比较，后者被迫引入一个随红移增加而强烈增大的逃逸分数；我们表明，如果低质量星系拥有高逃逸分数，类似的演化会自然发生。