宇宙模拟中 Ly-α 辐射传递及其对 z~8 发射体的应用

我们开发了一个用于宇宙模拟的 Ly-α 辐射传递（RT）蒙特卡罗代码。高分辨率的模拟，结合适当的冷却处理，可产生极高的光学深度的环境。因此，在宇宙模拟中求解 Ly-α RT问题可能需要相当长的时间。为此，我们发展了加速 Ly-α RT的方法。通过这些加速方法以及代码的并行化，我们使得在宇宙模拟复杂环境中求解 Ly-α RT问题变得可行。我们对RT代码进行了简单的 Ly-α 发射体模型测试，然后将其应用于一个气体动力学加 N-body 自适应细化树（ART）模拟中最亮的 Ly-α 发射体（z~8）。我们发现，重组而非冷却辐射的 Ly-α 光子是该发射器固有 Ly-α 亮度的主要贡献，其亮度约为4.8×10^43 erg/s。该发射器的尺寸相当小，目前可用的仪器无法分辨。其在加入 Ly-α Gunn-Peterson 吸收（GP）之前的光谱类似于静止介质的光谱，尽管存在一定的径向异常运动。这是因为对于ART模拟中如此高的光学深度，一些几百 km/s 的速度并不重要。我们以两种方式添加了GP。第一种方法假设没有阻挡翼，对应于发射体位于非常亮类星体的 HII 区域内的情况；第二种方法允许存在阻挡翼。包括阻挡翼后，线的亮度最大可被抑制约为62倍。尽管对于当前的地面望远镜来说，线 fluxes相当微弱，但对于 JWST 应该可达到。