JWST的半解析预测——IV. 对宇宙再电离与LyC逃逸分数的启示

在低质量暗物质晕中形成的星系被认为在宇宙大爆炸后头十亿年内主要负责再电离宇宙。然而，这些晕在邻近宇宙中形成恒星的效率极低。在这项工作中，我们处理这一明显张力，并询问一个再现邻近宇宙暗弱星系观测丰度的物理动机星系形成模型是否与可用的再电离历史观测约束一致。通过将Santa Cruz星系形成半解析模型与解析再电离模型接口，我们构建了一个计算高效的流程，将“底层”星系形成物理连接到“顶层”宇宙学尺度观测量。基于预测至$z=15$的星系族光度和性质，我们计算了星系际氢的再电离历史。我们量化了影响总电离光子预算的三个简并量，包括星系丰度、电离光子的内禀产生率和LyC逃逸分数。我们使用马尔可夫链蒙特卡洛方法探索这些量之间的协方差。我们发现，在关于LyC逃逸分数的合理假设下，我们本地校准的模型与当前所有可用的再电离历史约束一致。我们量化了不同光度星系贡献的电离光子比例，发现预期在JWST NIRCam宽场与深场巡天中探测到的星系在整个再电离时代（EoR）负责产生$\sim 40$-$80\%$的电离光子。本工作展示的所有结果可在 https://www.simonsfoundation.org/semi-analytic-forecasts-for-jwst/ 获取。