高红移星系中第三星族双星产生的 X 射线对星际介质的加热
宇宙学与河外天体物理
2014-08-06 v2 星系天体物理
摘要
由于其长平均自由程，X 射线预计会通过在大尺度上加热和电离星际介质 (IGM) 而对宇宙再电离产生重要影响，特别是在模拟表明第三星族 (Population III) 恒星可能在红移高达 20-30 时成对形成之后。我们利用来自首个星系形成的自洽宇宙辐射流体动力学模拟中的第三星族恒星分布与演化，以及一个简单的第三星族 X 射线双星模型，来估算其在大于 100 共动 (Mpc) 的高密度区域中的 X 射线输出。随后，我们结合三种不同方法——光线追踪、单区模型和 X 射线背景建模——来研究 X 射线的传播、强度分布及其对 IGM 热状态和电离状态的长期影响。光致加热和光致电离的效率及形态取决于光子能量。亚 keV X 射线仅影响源附近的 IGM，而 keV 光子则对 X 射线背景有显著贡献，并平滑地加热和电离 IGM。略低于 1 keV 的 X 射线在加热和电离 IGM 方面效率最高。我们发现，到 时，IGM 可能被加热到超过 100 K，而高密度源区域可能达到 10 K，受限于原子氢冷却。这对于预测 21-cm 中性氢信号可能很重要。但另一方面，X 射线电离产生的自由电子不足以对 CMB 到汤姆逊散射的光学深度做出显著贡献。
引用
@article{arxiv.1404.6555,
title = {Heating the IGM by X-rays from Population III Binaries in High Redshift Galaxies},
author = {Hao Xu and Kyungjin Ahn and John H. Wise and Michael L. Norman and Brian W. O'Shea},
journal= {arXiv preprint arXiv:1404.6555},
year = {2014}
}
备注
19 pages, 14 figures. Replaced to match published version