用于半数值模拟的第三星族星建模

从理论上模拟第三星族星（Pop III 星）引起的 21-cm 信号，是从当前及即将到来的 21-cm 观测中提取有关 Pop III 星丰富信息的关键。本工作中我们开发了一个 Pop III 星新模块，其中电离光子与 Lyman-Werner（LW）光子的逃逸分数、UV 辐射的光致加热以及 LW 反馈被一致地纳入。通过将此模块植入公开 21-cm 半数值模拟代码 21CMFAST，我们演示了 21-cm 信号计算并研究了 Pop III 星建模的重要性。我们发现，Pop III 星对宇宙再电离的贡献强烈依赖于逃逸分数的处理方式。采用我们的逃逸分数模型时，Pop III 星几乎不贡献于再电离，因为逃逸分数高但质量较小的晕由于 LW 反馈无法宿主 Pop III 星。另一方面，采用传统的常数逃逸分数时，Pop III 星对再电离有良好贡献。我们还发现，若宇宙电离分数高于约 1%，则 UV 光致加热对 21-cm 全局信号与 21-cm 功率谱具有不可忽略的影响。此时，21-cm 全局信号的强度依赖于光致加热效率，从而依赖于 Pop III 星质量。我们得出结论：为准确预测未来观测的 21-cm 可观测量，对 Pop III 星的细致建模是必需的。