z~7.7 处 Ly$\alpha$ 发射体的光谱观测及其对再电离的启示

我们利用 Keck 望远镜上的近红外多目标光谱仪 (MOSFIRE)，对 Krug 等人 (2012) 最初发现的两个位于红移 z~7.7 的明亮 Ly$\alpha$ 发射体 (LAE) 候选体进行了光谱后续观测。我们排除了这两个物体在 >5$\sigma$ 水平上的任何谱线发射，从而稳固地证实了此前对其中一个物体的零结果。从非探测结果推断出的限值排除了此前关于 5.7 < z < 7.7 之间 Ly$\alpha$ 光度函数 (LF) 无演化甚至反向演化的主张，并表明 Ly$\alpha$ 光度函数的下降与在莱曼断裂星系 (LBG) 样本中观察到的一致。我们利用 LBG 紫外连续谱 LF 和观测到的静止帧等效宽度分布，对 LAE LF 的红移演化进行了建模。通过将我们的经验模型与观测到的 LAE 分布进行比较，我们估计在 z~7.7 处中性氢分数的下限为 50-70%。除此之外，我们发现 Ly$\alpha$ 光深存在强烈的演化，其特征为在 z>6 时随 (1+z)^(2.2 $\pm$ 0.5) 变化，这表明星际介质 (IGM) 存在强烈演化。最后，我们利用模型将 LAE LF 外推至 z~9，并表明假设当前的深度和面积，像 UltraVISTA 或 Euclid 这样的大面积巡天不太可能在该红移处探测到 LAE。