Population III恒星均匀化学演化对早期宇宙再电离的影响

背景：Population III(Pop III)恒星可能快速自转。快速自转的一个预期后果是强内部混合，深刻影响其赫罗图中的演化轨迹，进而影响其电离能力。目的：我们研究在内部混合的极端情形——导致化学均匀演化(CHE)——下对Pop III恒星电离能力的影响。在此情形下，主序阶段恒星从中心到表面保持相同化学组成。均匀恒星比非均匀演化恒星具有更高的有效温度与光度，因此是更强的电离源。方法：恒星演化模型基于$n=3$多方球，并采用随时间变化的氢质量分数。电离模型采用Shu等人(2002)的自相似香槟流解，以及对星团在红移与晕质量网格上随机处理的数值模拟。结果：我们发现含化学均匀恒星的晕其电离光子逃逸分数约为含经典Pop III恒星晕的两倍。通过将由Pop III恒星驱动的高红移($z\gtrsim 15$)电离历史外推至再电离后时期，我们推导出汤姆孙散射光深$\tau$，并与$\textit{Planck}$测量值比较。我们发现当所有Pop III恒星均均匀演化时，$\tau$超出约$1.5-5\sigma$。这表明CHE不太可能在多数Pop III恒星中实现，尽管本研究不能排除其中一部分经历CHE。结论：快速自转可能对Pop III恒星的电离预算乃至早期宇宙再电离有显著影响。