再电离纪元 SPHINX 星系的莱曼连续谱逃逸

我们测量了 SPHINX 系列宇宙学辐射-流体动力学再电离模拟中星系的电离辐射逃逸分数 $f_{\rm esc}$，该模拟解析了 $M_{\rm vir} \gtrapprox 7.5 \times 10^7 \ M_{\odot}$ 的暗晕，最小单元宽度约为 $\approx 10$ pc。我们新的、最大的 $20$ 共动 Mpc 宽体积包含数万个恒星形成星系，其暗晕质量高达几倍 $10^{11} \ M_{\odot}$。模拟星系与再电离纪元的紫外光度函数的观测约束吻合良好。由于超新星和辐射反馈的调节，单个星系的逃逸分数在几百万年的时间尺度上剧烈波动，并且在任何给定时刻，一小部分恒星形成星系发射了逃逸到星系际介质中的大部分电离辐射。统计上，$f_{\rm esc}$ 在中等质量、中等亮度和低金属丰度星系（$M_{*} \approx 10^7 \ M_{\odot}$, $M_{1500} \approx -17$, $Z\lesssim 5 \times 10^{-3} \ Z_{\odot}$）中达到峰值，对于更低和更高的质量、更亮和更暗的星系以及更富金属的星系，该值急剧下降。逃逸分数与短期和长期比恒星形成率均呈正相关。根据 SPHINX 模拟，那些因太暗而尚未被观测到的星系（$M_{1500} \gtrapprox -17$）提供了约 $55$% 的对再电离有贡献的光子。全球平均的 $f_{\rm esc}$ 自然随红移降低而减小，这与紫外背景模型和低红移观测的预测一致。这种演化是由宇宙时间内比恒星形成率的下降驱动的。