SCORCH. III. 具有变化成团因子的再电离解析模型

在宇宙氢再电离的模拟与构建（SCORCH）项目中，我们将氢电离分数的解析模型与辐射-流体动力学模拟进行比较。我们从局域电离平衡方程推导出质量加权氢电离分数的解析模型，作为广泛采用的基于体积填充因子模型的更精确替代。特别地，我们的模型具有电离分数二次方的复合项，这与复合的双体相互作用本质一致。随后，我们利用辐射-流体动力学模拟研究了解析方程所需的成团因子，并给出了精确的拟合函数。我们发现，来自辐射转移模拟的电离氢成团因子与使用均匀光致电离背景的其他模拟显著不同。除红移依赖外，我们还看到电离氢成团因子对电离分数的依赖，并将其纳入拟合。我们利用解析模型和成团因子计算了再电离历史，并与广泛采用的模型比较，我们的所有模型与模拟结果的差异均 $<7\%$，而其他模型偏差 $>20\%$。由我们解析模型算出的再电离 Thomson 光学深度与模拟偏差 $<5\%$，而先前的解析模型偏差 $>20\%$ 并可能导致对 IGM 再电离的偏倚结论。