来自 2012 年哈勃超深场巡天的宇宙再电离新限制

理解宇宙再电离需要识别并表征早期的氢电离光子源。2012 年哈勃超深场 (UDF12) 巡天利用哈勃空间望远镜上的宽视场相机 3 获取了最深的红外图像，并首次系统地探索了宇宙微波背景 (CMB) 数据显示再电离正在进行时期的星系种群。因此，UDF12 巡天提供了迄今为止对早期恒星形成星系的丰度、光度分布和光谱特性的最佳限制。我们将新的 UDF12 结果与 CMB 观测的最新限制相结合，推断出与现有数据一致的随红移变化的紫外 (UV) 光度密度、再电离历史以及电子散射光学深度演化。在关于氢电离光子逃逸分数和星系际介质团簇因子的合理假设下，我们发现要在红移 $z\sim6$ 时完全再电离宇宙，红移 $z\sim7-9$ 处的恒星形成星系种群的光度可能必须延伸至低于 UDF12 极限，达到绝对紫外星等 $M_{UV}\sim -13$ 或更暗。此外，正如 $z\simeq7-8$ 星系的正常 UV 颜色和 UDF12 观测到的直至 $z\simeq10$ 丰度随红移平滑下降所表明的那样，延伸至红移 $z\sim15-25$ 的低水平恒星形成可能也是重现 CMB 观测推断的电子散射光学深度所必需的。