再电离不缺光子：来自 FIRE-2 模拟的适中电离光子逃逸分数
摘要
我们给出了 Feedback in Realistic Environments 项目中 34 个 z>5 星系高分辨率宇宙学 zoom-in 模拟样本的电离氢光子逃逸分数 (f_esc)，并用蒙特卡洛辐射转移代码对电离辐射进行后处理。我们的样本包含 z=5--12 时 M_vir~10^8--10^{12} M_sun（M_star~10^4--10^{10} M_sun）的 8500 个晕。我们发现样本平均 <f_esc> 在 M_vir~10^8--10^{9.5} M_sun 时随晕质量增加，在 M_vir~10^{9.5}--10^{11} M_sun 时几乎恒定，在 M_vir>10^{11} M_sun 时下降。等价地，<f_esc> 在 M_star~10^8 M_sun 之前随恒星质量增加，在更高质量时下降。即使采用单星恒星种群合成模型，我们发现 M_star~10^8 M_sun 的星系有适中的 <f_esc>~0.2。近一半的逃逸电离光子来自 1--3 Myr 龄的恒星，其余来自 3--10 Myr 龄的恒星。双星仅有 modest 效应，将 <f_esc> 提升约 25--35%，逃逸光子数提升 60--80%。大多数泄漏的电离光子来自剧烈恒星形成区，通常包含反馈驱动的 kpc 尺度超泡，外围有致密壳层。壳层在加速的同时正在形成恒星，因此早先在壳层内形成的恒星已位于壳层内部。泡内和壳层边缘附近的年轻恒星可完全电离一些由反馈预先清除的低柱密度通道，使其大部分电离光子得以逃逸。高质量端 <f_esc> 的下降源于尘埃衰减，而低质量端 <f_esc> 下降则由于低效恒星形成（及由此的反馈）。在固定质量下，<f_esc> 往往随红移增加。我们的模拟产生了足以用于宇宙再电离的电离光子。
引用
@article{arxiv.2003.05945,
title = {No missing photons for reionization: moderate ionizing photon escape fractions from the FIRE-2 simulations},
author = {Xiangcheng Ma and Eliot Quataert and Andrew Wetzel and Philip F. Hopkins and Claude-André Faucher-Giguère and Dušan Kereš},
journal= {arXiv preprint arXiv:2003.05945},
year = {2020}
}
备注
17 pages, 12 figures, MNRAS accepted. Core results are shown in Fig 5 and Fig 7