再电离——恒星种群与早期宇宙物理的探针

我们计算了不同恒星种群模型下的再电离历史，并探讨了原初磁场、暗物质衰变和暗物质湮灭对再电离的影响。我们发现，基于Scalo型初始质量函数的第二星族恒星作为再电离的唯一来源可以被排除，除非恒星形成效率超过10%或光子从母暗晕逃逸的比例非常高。在考虑原初磁场时，我们发现来自双极扩散和衰减的磁流体力学湍流的额外热量注入对复合后宇宙的热演化、电离历史以及结构形成有显著影响。磁金斯质量改变了恒星形成暗晕的典型质量尺度，并且根据所采用的恒星模型，我们推导出磁场强度的上限在0.7到5 nG（共动坐标）之间。对于暗物质湮灭，我们得到热平均质量加权截面的上限为$10^{-33} \mathrm{cm}^3\mathrm{/s/eV}$。对于暗物质衰变，我们的计算给出了暗物质粒子寿命的下限为$3\times10^{23}$ s。这些限制与来自复合和X射线背景的约束一致，并在一个更晚的时期提供了独立的确认。