宇宙学模拟中HI柱密度分布的演化

我们使用一组宇宙学模拟结合辐射转移计算，研究再电离后宇宙中中性氢的分布。我们评估了星系际电离背景、碰撞电离和弥散复合辐射对红移z=0-5总电离率的贡献。我们发现氢自屏蔽变得重要的密度与解析计算和先前工作一致。然而，由于弥散复合辐射（其强度在同一密度处达到峰值），高度电离区域和自屏蔽区域之间的过渡比通常假设的更平滑。我们提供了模拟光电离率作为密度函数的拟合函数，并表明使用拟合率进行后处理模拟得到的结果与原始辐射转移计算非常一致。预测的中性氢柱密度分布与观测非常吻合。特别是，模拟再现了在z<3以下莱曼限系统和弱阻尼莱曼α系统柱密度分布显著缺乏演化的特征。低柱密度端的演化受到碰撞电离重要性随红移降低而增加的影响。另一方面，模拟预测强阻尼莱曼α系统的丰度大致追踪宇宙恒星形成率密度。