JWST时代再电离气泡映射 I：基于星系莱曼α发射的经验边缘检测

再电离期间电离气泡的尺寸追踪了第一代星系的物理性质。JWST 在亚光度星系中光谱确认和测量莱曼α（Ly$\alpha$）发射的能力，为三维映射电离气泡打开了大门。然而，现有的基于 Ly$\alpha$ 的气泡测量策略依赖于单星系的约束，这受到 Ly$\alpha$ 发射大幅涨落的限制。作为第一步，我们提出了两种利用星系系 Ly$\alpha$ 光谱的气泡尺寸估算方法，使我们能够映射电离结构并对 Ly$\alpha$ 发射涨落进行边缘化处理。我们在星系际介质（IGM）的 Gpc 尺度再电离模拟中测试了我们的方法。为了在天空平面中映射气泡，我们开发了一种基于 Ly$\alpha$ 透射率随空间位置不对称性的边缘检测方法。为了沿视线方向映射气泡，我们开发了一种利用 Ly$\alpha$ 透射率与星系到最近中性 IGM 块视线距离之间紧密关系的算法。两种方法都能稳健地恢复半径 $\gtrsim$10 共动 Mpc 的气泡，足以在再电离早期阶段映射气泡，此时 IGM 约为 70-90% 中性。这些方法需要 $\gtrsim$0.002-0.004 个星系/cMpc$^3$，最暗目标的 $5\sigma$ Ly$\alpha$ 等效宽度上限 $\lesssim$30 Å，以及红移精度 $\Delta z \lesssim 0.015$，JWST 光谱学可以达到。更浅的观测将提供气泡尺寸的稳健下限。对 IGM 透射率的 Ly$\alpha$ 逃逸分数和线型的额外约束将进一步完善这些方法，为我们首次直接理解电离气泡增长铺平道路。