不均匀宇宙的再电离

我们使用以数值模拟中所发现的为动机的中星际介质密度分布模型，演示了致密 IGM 和离散源对宇宙再电离的影响。在一个不均匀的宇宙中，重新电离是自内而外发生的，从空洞开始，逐渐渗透到密集区域。再电离不应是突发的，而是渐进的，随着辐射强度的增加，光子平均自由路径将在相当大比例的哈勃时间内持续上升。我们表明，除非辐射强度在 $z>4$ 时增加，否则在 $z\simeq 6$ 处应存在氢 Gunn-Peterson 脉冲。然而，如果来自低亮度源的辐射重新电离 IGM，那么宇宙 \hii 区域的重叠时刻可能在更高的红移处发生；此时，Gunn-Peterson 脉冲在 $z\sim 6$ 处将出现，因为即使是最稀疏的空洞，其在电离平衡中的中性分数足以对 \lya 光子产生足够的透射。尽管物质分布不均匀，但在氢再电离期间，复合作用并不重要，因为高密度气体直到晚时才被电离。我们表明，\heii 再电离很可能延迟于氢再电离，但应在 $z\sim 3$ 时完成，即观测可用的红移处。在 \heii 再电离不完整的报告中，大型光学深度波动可能并非由于 \heii 再电离不完整，而是源于密度波动以及来自亮引力星系（QSO）的辐射强度变化的组合。