用 MgII 森林探测再电离与早期宇宙增丰
宇宙学与河外天体物理
2021-07-14 v1
摘要
由于再电离星系际介质（IGM）的那些大质量恒星不可避免地作为超新星爆发，用金属污染了宇宙，宇宙再电离与增丰的历史紧密交织。虽然过于灵敏的 Ly-alpha 跃迁在中性 IGM 中完全饱和，但若再电离期间产生的金属（Z ~ 10^{-3}Z_sol）渗透中性 IGM，像 MgII 2796,2804 双线这样的强低电离金属线将产生可探测的“金属线森林”。我们首次通过结合大尺度流体动力学模拟与半数值再电离拓扑来模拟 MgII 森林，假设 IGM 被金属均匀浸透的简单增丰模型。与传统识别离散吸收体的方法不同，我们将吸收视为连续随机场并测量其两点相关函数，借用了精密宇宙学的技巧。我们表明，10 条 JWST 光谱的真实模拟数据集可同时以 1σ 精度 0.02 dex 确定 Mg 丰度 [Mg/H]，并在 <x_HI> = 0.74 与 [Mg/H] = -3.7 的宇宙中测量全局中性分数 <x_HI> 至 5%。或者，若 IGM 为原初洁净，MgII 森林的零探测将在 95% 可信度下对 IGM 金属度设定严格上限 [Mg/H] < -4.4，假设另一探针给出 <x_HI> > 0.5。星系周环境的金属富集可显著污染 IGM 信号，但我们展示了如何轻易识别并掩蔽这些离散吸收体，使其对相关函数的影响可忽略。因此 MgII 森林具有精确约束宇宙再电离与增丰历史的巨大潜力。
引用
@article{arxiv.2007.15747,
title = {Probing Reionization and Early Cosmic Enrichment with the MgII Forest},
author = {Joseph F. Hennawi and Frederick B. Davies and Feige Wang and Jose Oñorbe},
journal= {arXiv preprint arXiv:2007.15747},
year = {2021}
}
备注
22 pages, 13 figures, submitted to MNRAS