宇宙学电离前沿的莱曼-α偏振：I. 辐射转移模拟

在本文中，我们给出模拟再电离（$z$ = 8）周围平面平行电离前沿的莱曼-$\alpha$ 发射与偏振的形式体系。我们使用蒙特卡洛方法模拟莱曼-$\alpha$ 光子的产生、其穿过电离前沿的传播以及该光子的最终逃逸来实现这一点。本文关注电离前沿速度 $U$、黑体温度 $T_{\rm bb}$ 与中性氢密度 $n_{\rm HI}$ 这些输入参数对远处观测者所见的强度 $I$ 与偏振强度 $P$ 的关系。所得强度值范围为 $3.18\times 10^{-14}$ erg/cm$^{2}$/s/sr 至 $1.96 \times 10^{-9}$ erg/cm$^{2}$/s/sr，偏振强度范围为 $5.73\times 10^{-17}$ erg/cm$^{2}$/s/sr 至 $5.31 \times 10^{-12}$ erg/cm$^{2}$/s/sr。我们发现更高的 $T_{\rm bb}$、更高的 $U$ 与更高的 $n_{\rm HI}$ 均有助于更高的强度以及偏振强度，尽管最强依赖来自氢密度。我们还探讨了前沿观测角的影响。我们给出验证模型有效性的测试，使该模型适用于后续论文中的进一步使用，届时我们将在完整的再电离模拟上计算强度与偏振强度功率谱。