Illustris 宇宙中的氢再电离

星系形成的流体动力学模拟（如 Illustris 模拟）已取得进展，能够近似重现从高红移到低红移观测到的恒星质量函数。这原则上允许利用这些模拟在代表性宇宙体积内提供的弥漫气体分布的精确表示以及星系的真实生长，来构建自洽的再电离模型。在这项工作中，我们应用并比较了在 GPU 加速代码中实现的两种辐射转移算法，对 Illustris 的 $106.5\,{\rm Mpc}$ 宽体积进行后处理，以研究该模型预测的再电离转变。我们发现，只要对逃逸分数和分辨率限制做出相当乐观的假设，Illustris 形成的第一代星系刚好能够在红移 $z\sim 7$ 前再电离宇宙。我们最乐观的模型发现光学深度 $\tau\simeq 0.065$，与最近的 Planck 2015 测定结果非常一致。此外，我们表明基于矩的 M1 闭合辐射转移方法与我们的角分辨辐射转移方案给出的结果大体一致。在我们偏好的基准模型中，20\% 的氢在红移 $z=9.20$ 前被再电离，并迅速在红移 $z=6.92$ 前攀升至 80\%。然后直到 $z=6.24$ 才有 99\% 的氢被电离。平均而言，在我们的模型中再电离以“由内向外”的方式进行，再电离气泡的尺寸分布逐渐呈现越来越大的区域，而小气泡的丰度保持相当恒定。