MassiveBlack 模拟中高红移类星体附近电离前沿的增长与各向异性

我们利用辐射转移技术研究了一个大型宇宙学流体动力学模拟（即 MassiveBlack 模拟，包含黑洞增长和反馈）中最明亮的 z=8 类星体周围电离区域的增长。我们发现，在类星体存在的情况下，共动 HII 气泡半径在 20 Myr 后达到 10 Mpc/h，而仅考虑恒星成分时，HII 气泡至少小一个数量级。我们的计算表明，Stromgren 球的解析增长模型未能捕捉到若干特征。来自硬类星体谱的 X 射线光子驱动了电离前沿从完全中性到部分中性的平滑过渡；然而，从部分中性到完全电离的过渡则显著更为复杂。我们测量了气泡边缘距离随角度的变化，并利用这些距离的标准差作为电离区域各向同性的诊断指标。我们发现，来自成团晕的邻近电离区域的重叠不仅增加了各向异性，而且是允许外半径增长的主要机制。因此，我们预测在再电离过程的这一早期阶段，类星体电离气泡应比恒星形成星系周围的气泡显著更大且形状更不规则。在恒星形成率增加且宇宙完全再电离之前，类星体气泡将成为 21cm 地图中最显著和可识别的特征。