宇宙学模拟中莱曼极限系统的物理与环境研究

在本工作中，我利用具有即时辐射转移功能的最先进 zoom-in 宇宙学星系形成模拟，研究了莱曼极限系统（LLSs）的性质，该模拟包含了宇宙紫外背景（UVB）和局部恒星源。我将模拟结果与红移范围 $z=2-5$ 内 LLSs 的出现频率观测值及 HI 柱密度分布函数进行了比较，发现吻合良好。我探讨了 LLSs 与其宿主晕之间的联系，发现 LLSs 存在于具有广泛质量范围的晕中，且在维里半径内的覆盖分数近乎恒定。在 $z=2-5$ 范围内，我发现超过一半的 LLSs 存在于质量 $M < 10^{10}h^{-1}M_\odot$ 的晕中，这表明对 LLSs 的吸收线研究可以探测这些低质量星系，而基于 H$_2$ 的恒星形成模型预测这些星系的恒星形成活动极少。我研究了单个 LLSs 的物理状态，并测试了一个简单的模型（Schaye 2001），该模型概括了它们的许多特性。我证实 LLSs 具有由金斯长度给出的特征吸收长度，并且在低柱密度下处于光电离平衡状态。最后，我研究了 LLSs 对 UVB 的自屏蔽效应，并探讨了 LLSs 的非球对称性如何影响给定 $N_{\rm HI}$ 下的光电离率。我发现，在 $z\approx 3$ 时，LLSs 在柱密度约为 $\sim 10^{18} {\rm cm}^{-2}$ 处的光学深度为 1，且该柱密度表征了自屏蔽的开始。