再电离期间及之后莱曼限吸收系统的分布

莱曼限吸收系统在宇宙学再电离期间及之后可以扮演许多重要角色。不幸的是，由于所需动态范围过大，无法在宇宙学模拟中自洽地包含这些系统。利用快速且通用的半数值模拟，我们系统地探索了再电离期间及之后吸收系统的空间分布。我们将得到的吸收体数量自校准到电离紫外背景的平均自由程，并给出了给定平均自由程和中性质子分数下的结果。我们使用一个简单的光学深度判据来识别吸收体的位置。我们的方法对于诸如缺失亚网格结构等不确定性相当稳健。与较低红移处紫外背景相对均匀不同，在较高红移处，紫外背景的涨落和再电离的HII形态可以驱动吸收系统的大尺度分布。具体来说，我们发现吸收体在小尺度上与密度场高度相关，然后在大尺度上与紫外背景反相关。再电离之后，吸收体的大尺度功率谱追踪了紫外背景的功率谱，这可以通过晕模型的简单解析扩展来预测。在再电离期间，吸收体倾向于优先位于最近电离的星系际介质的过密区（即纤维状结构）内。吸收体也可能在再电离期间及之后主导小尺度（k > 1/Mpc）的21厘米功率。相反，它们平滑了中等尺度上的对比度。一旦HII区域增长到超过平均自由程，吸收体会增加大尺度21厘米功率。我们的结果对于解释未来再电离时代的观测应该是有用的。