莱曼阿尔法阻尼翼对非均匀再电离的约束

约束高红移星际介质 (IGM) 中性氢分数 $x_{\rm H}$ 的一种众所周知的方法是通过 Ly$\alpha$ 吸收线红端阻尼翼的形状。鉴于最近的模型表明 IGM 中性分数在再电离期间的大尺度上高度非均匀，我们考察了该方法的有效性。利用解析模型和“半数值”模拟，我们表明再电离模型中典型的“栅栏式”吸收会给 $x_{\rm H}$ 的测量引入散射和系统性偏差。具体而言，我们表明对阻尼翼的简单拟合往往会高估部分电离宇宙中的真实中性分数，在再电离中期附近的相对误差约为 30%。这种偏差对于任何非均匀模型都是普遍存在的。然而，如果观测样本仅探测了整个晕族的一个子集（例如具有大 HII 区的类星体），则偏差会减小，甚至可能低估 $x_{\rm H}$。我们还发现，阻尼翼吸收轮廓通常比在均匀电离宇宙中直观预期的要陡峭。随着再电离的进行，轮廓变得更陡，视线间的散射也增加。当然，偏差和散射也依赖于 $x_{\rm H}$，因此至少在原则上可用于约束它。因此，必须通过与非均匀再电离的理论模型进行比较来解释阻尼翼的约束结果。