BlueTides 模拟：首批星系与再电离

我们介绍 BlueTides 模拟并报告首批星系和 AGN 的光度函数及其对再电离贡献的初步结果。BlueTides 在 NCSA 的 BlueWaters 集群上从 $z=99$ 运行到 $z=8.0$，包含 2$\times$7040$^3$ 个粒子，边长 400 Mpc/h 的盒子，使其成为高红移下执行过的最大流体动力学模拟。BlueTides 包含平滑粒子流体动力学的压力-熵公式、气体冷却、恒星形成（包括分子氢）、黑洞增长以及恒星和 AGN 反馈过程模型。模拟中的恒星形成率密度与 $z\sim 8-10$ 处的当前观测数据吻合良好。我们发现观测与预测的星系光度函数在当前可观测范围 $-18\le M_{\mathrm UV} \le -22.5$ 内一致，需要一些尘埃消光来匹配更亮天体的丰度。BlueTides 实现了产生起伏 UV 背景的斑块状再电离模型。BlueTides 预测了比当前观测极限更暗星系的数量，这与用幂律指数 $\alpha\sim -1.8$ 在 $z\sim 8$ 外推光度函数暗端斜率以及红移依赖 $\alpha\sim (1+z)^{-0.4}$ 相一致。AGN 群体的光度函数很好地由斜率 $\alpha\sim -2.4$ 的幂律拟合，与最深的 CANDELS-Goods 场相比有利。我们研究了这些光度函数如何影响再电离进程，发现如果星系在再电离期间主导电离光子预算，则需要高 Lyman-$\alpha$ 逃逸分数 ($f_{\mathrm{esc}} \sim 0.5$)。较小的星系逃逸分数意味着来自暗 AGN（暗至 $M_{\mathrm{UV}}=-12$）的巨大贡献，这导致快速再电离，与当前观测不符。