TNG50 模拟中宇宙再电离时期的电离光子产生与逃逸分数

本工作中,我们研究再电离时期电离光子逃逸分数 $f_{\rm esc}$ 对各种星系与宿主晕性质的依赖关系。我们使用三维多频辐射转移代码 CRASH 对 IllustrisTNG 项目的 TNG50 磁流体动力学模拟进行后处理。我们的工作覆盖红移 $6 < z < 10$ 处恒星质量范围 $10^6 \lesssim M_\star/{\rm M_\odot} \lesssim 10^8$。在采用未分辨的云尺度逃逸分数参数为 1 时,晕逃逸分数 $f_{\rm esc}$ 随质量从 $M_\star = 10^6$M$_\odot$ 处的 $\sim 0.3$ 增加到 $M_\star = 10^{7.5}$M$_\odot$ 处的 $\sim 0.6$,此后我们发现存在转折的迹象,且对于质量更大的星系逃逸分数下降。然而,我们展示了 $f_{\rm esc}$ 对所采用的子网格逃逸分数有强烈且非线性的依赖。此外,$f_{\rm esc}$ 在固定质量处有显著弥散,由电离光子率的多样性以及(恒星)源位置与底层密度分布之间的复杂关系所驱动。全局发射率对于合理的云尺度吸收值与观测一致,且恒星质量 $\lesssim 10^{7.5}$M$_\odot$ 的晕在所有红移处贡献了大部分电离光子。纳入尘埃使 $M_\star \lesssim 10^{6.5}$M$_\odot$ 处的 $f_{\rm esc}$ 降低几个百分点,对更大晕则至多降低 10%。我们的多频方法显示 $f_{\rm esc}$ 依赖于光子能量,且在 $E>54.4$eV 相对于较低能量被显著减小。这表明当考虑能量依赖的逃逸分数时,来自双星的高能光子的影响被削弱。