使用SKIRT预测三维电离气体发射：I. 框架与验证

电离气体的发射线是诊断星系中恒星形成、金属丰度和电离条件的关键。为了解释来自积分视场巡天（如MaNGA、MUSE、JWST/NIRSpec）的空间分辨观测，并将其与流体动力学模拟进行比较，需要能够处理真实几何结构、尘埃消光和合成仪器输出的三维光致电离模型。我们为Monte Carlo辐射转移代码SKIRT提出了一个新的光致电离模块，该模块结合了预计算的Cloudy气体温度和不透明度表格，以及电离分数和发射线发射率的直接计算，用于预测三维电离气体的发射线光度。局部电离辐射场（1-6 Ryd）由 log U 和四个谱形比率表征；Cloudy表格将其映射到温度和不透明度，并通过SKIRT现有的迭代循环进行收敛。随后，一个内联求解器根据收敛的场和温度确定电离分数，并计算发射线发射率。我们在60个球壳模型上与Cloudy进行了对比验证，并在一个银河系类似星系上与COLT进行了对比验证。在一维网格上，氢复合线与Cloudy的一致性在百分之几以内（Halpha中位比率为0.97），禁戒线在约5%以内，但 [S II] 6717 (1.23) 除外，其偏差源于电离前沿附近的温度高估。在三维情况下，积分光度与COLT的一致性在氢线为18%以内，在 [N II] 为2%以内，而 [O III] 和 [S II] 分别高出约70%和80%。逐像素相关系数达到 r >= 0.92，光度加权散布为0.14-0.31 dex，且BPT比率广泛一致。该模块实现了自洽的合成观测，其中电离气体发射线、尘埃消光和尘埃再发射在单次MCRT运行中计算完成，可应用于任何流体动力学模拟。