第一个十亿年项目 - IV：原星系使宇宙再电离

星系中恒星对宇宙再电离的贡献取决于宇宙中的恒星形成历史、再电离期间的星系丰度、电离光子的逃逸分数以及星系际介质（IGM）的团块因子。我们利用高分辨率流体动力学模拟，计算了再电离期间的恒星形成率和团块因子。我们对输出结果进行了详细的辐射转移模拟后处理，以计算电离光子的逃逸分数。综合这些结果，使我们能够自洽地评估星系对再电离的贡献。逃逸分数强烈的质量和红移依赖性表明，再电离发生在 $z=15$ 到 $z=10$ 之间，主要由形成于质量为 $10^7$ 至 $10^8$ 太阳质量的暗物质晕中的原星系驱动。在这些红移处较为罕见且逃逸分数显著较低的更大质量星系，对再电离过程贡献的光子较少。低质量晕中的恒星形成受到再电离辐射反馈的抑制，因此这些原星系仅在其所在的宇宙部分仍为中性时才有贡献。在 $z\sim10$ 之后，大质量星系变得更加丰富并提供了大部分电离光子。此外，我们发现第三星族（Pop III）恒星寿命太短且不够频繁，无法对再电离产生重大贡献。虽然在再电离期间产生大部分电离光子的原星系的恒星成分过于暗淡而无法被詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）探测到，但这些源在 H-alpha 和 Ly-alpha 复合线中最亮，JWST 有望在深度巡天中探测到它们。