宇宙黎明与重化时期离散星系人口及其辐射场的高效模拟
宇宙学与河外天体物理
2025-09-24 v1
摘要
理解宇宙黎明与重化时期需要我们利用多波段和多踪法观测，每组数据为拼图提供互补的部分。为正确解释此类数据，我们更新了公共模拟代码21cmFASTv4，加入基于条件质量函数随机抽样和半经验星系关系的离散源模型。我们展示，新的星系模型——参数化众多 established scaling 关系的均值和散布——足够灵活，可刻画来自高红移星系的流体动力学宇宙学模拟所作出的不同预测。将离散星系人口与近似高效辐射传输相结合，使我们能够自洫地正向模拟星系调查、线强度图（LIM）以及对星际介质（IGM）的观测。每一种可观测量都探测不同尺度和物理过程，交叉相关可最大化从每项测量中获取的信息，同时探索高红移时期的星系-IGM联系。我们发现，随机源场在21cm和LIM功率谱中产生显著的散射噪声。星系属性的散布可通过UV亮度函数和/或21cm功率谱加以约束，尤其当星系属性的散布高于预期时（正如最近的JWST观测可能需要的那样）。我们的建模管道既灵活又高效，促进了对第一个十亿年中宇宙学与天体物理学进行高维、多踪、场级贝叶斯推断。
引用
@article{arxiv.2504.17254,
title = {Efficient simulation of discrete galaxy populations and associated radiation fields during the first billion years},
author = {James E. Davies and Andrei Mesinger and Steven Murray},
journal= {arXiv preprint arXiv:2504.17254},
year = {2025}
}
备注
21 pages, 13 figures, Submitted to Astronomy & Astrophysics