星际介质对再电离的流体动力学响应 II：电离光子吸收体的物理特征与动力学

Becker 等人 2021 测量了 $z=6$ 时星际介质中 Lyman 极限光子的平均自由程。其较短的数值表明吸收可能在再电离中起了显著作用。此处我们利用辐射流体动力学模拟研究电离前沿（I-fronts）过后电离光子吸收体的物理性质。我们通过追踪模拟中的柱密度分布来量化气态结构对 Lyman 极限不透明度的贡献。在 I-front 经过 $\Delta t = 10$ Myr 内，我们发现自屏蔽系统（$N_{\rm HI} > 10^{17.2}$ cm$^{-2}$）由两个不同的群体组成：（1）与电离背景处于光致电离平衡的过密度 $\Delta \sim 50$ 结构；（2）$\Delta \gtrsim 100$ 且具有完全中性核的密度峰。这些自屏蔽系统此时贡献了超过一半的不透明度，但随着结构被压力平滑与光致蒸发所展平，星际介质在 $\Delta t \sim 100$ Myr 内发生显著演化。到 $\Delta t = 300$ Myr 时，它们在宇宙平均 1 Mpc$^3$ 区块中贡献 $\lesssim 10\%$ 的不透明度。在过密度区块中该比例可大几倍，那里存留更多自屏蔽系统。我们量化了自屏蔽结构的特征质量与尺寸。在 I-front 经过后不久，我们发现 $M=10^{4} - 10^8$ M$_\odot$ 且有效直径 $d_{\rm eff} = 1 - 20$ ckpc$/h$。这些尺度随气体弛豫而增大。本文所呈现的图像在具有抑制小尺度功率的暗物质模型中可能不同。