Gunn-Peterson 效应来自光离化星际介质中的稀疏区域

我们采用 Zel'dovich 近似和另一种解析近似计算了在引力不稳定作用下，光离化星际介质（IGM）中稀疏区域的演化。我们发现，在大多数准星光谱中，$\lya$ 散射光学深度来源于稀疏区域（即空洞）中的气体。这导致中位 Gunn-Peterson (GP) 吸收与包含宇宙全部质子的均匀介质值之间的比例非常小，并且随着引力坍缩的进行而减小。我们将计算结果应用于 Webb 等人对 $z=4.11$ 准星强度分布的观测。我们指出，如果 $\lya$ 云是由引力坍缩产生的，则其观测必须被解释为（波动的）GP 效应的首次检测，中位值为 $z=4$ 时的 $\tau_{GP}\simeq 0.06$。对于典型的低密度（$\Omega\sim 0.4$）宇宙模型，这与原始核合成预测的质子密度以及从亲近效应推导出的光致背景强度相一致。来自 Cen 等人的数值模拟表明，这些模型也正确预测了观察到的 $\lya$ 吸收线数目。