再电离时期电离前沿的非平衡温度演化

再电离时期 (EoR) 标志着宇宙黎明 (Cosmic Dawn) 的结束以及宇宙大尺度结构形成的开始。脉冲式电离前沿 (I-fronts) 加热并电离再电离泡内星系际介质 (IGM) 中的气体。此过程中的温度是当前模型中关键却不确定的一环。通常，再电离模拟假设所有重子物种在 I-front 通过期间彼此处于瞬时热平衡。本文我们通过研究非平衡效应，提出一种电离前沿温度演化的新模型。特别地，我们纳入主要重子物种 ($e^{-}$、\HI、\HII、\HeI 和 \HeII) 之间的能量转移，并考察它们对电离后温度 $T_{\mathrm{re}}$ 的影响。为在求解刚性方程时更好地控制步长，我们实现了一种隐式方法并构建了能量转移速率矩阵。我们发现，平衡假设对低速电离前沿 ($\lessapprox\ 10^9~\mathrm{cm}/\mathrm{s}$) 成立，但更快的前沿会出现偏离平衡的情况。相对于平衡情形，后沿温度 $T_{\mathrm{re}}$ 降低了至多 19.7\% (在 $3\times 10^9$ cm/s 时) 或 30.8\% (在 $10^{10}$ cm/s 时)。