重子物理对运动学 Sunyaev-Zel'dovich 效应的影响

尚不清楚的“重子物理”影响了我们预测运动学 Sunyaev-Zel'dovich (kSZ) 效应功率谱的能力。我们在一个高分辨率星系形成与反馈模拟样本 Illustris 中研究了这一问题。Illustris 的高分辨率使我们能够探测多极矩 $\ell =10^3-3\times 10^4$ 范围内的 kSZ 功率谱。Illustris 中强烈的 AGN 反馈几乎消除了 $k\gtrsim1~h~\rm{Mpc}^{-1}$ 处的气体涨落，且在晚期可能略微低估了 $z\lesssim 1$ 时产生的 kSZ 功率。Illustris 的再电离后 kSZ 功率谱在 $3000\lesssim\ell\lesssim10000$ 范围内很好地符合 $\mathcal{D}^{z<6}_{\ell} = 1.38[\ell/3000]^{0.21}~\mu K^2$，该值略低于大多数其他报道值，但与 Shaw 等人的分析一致。我们对自由电子偏倚的分析揭示了与多相气体物理和恒星分数相关的微妙效应，这些效应甚至影响了线性尺度。特别是，由于气体冷却和恒星形成，偏倚星系中的电子较少，这导致即使在低波数下电子偏倚也小于 1。决定整体抑制效果的偏倚与电子分数的组合相对恒定，$f_e^2b^2_{e0} \sim 0.7$，但需要更多模拟来确认这是否为 Illustris 特有。通过将 kSZ 功率分解为不同项，我们发现即使在未校正 Illustris 模拟盒尺寸的情况下，$\ell=3000\, (10000)$ 处的信号中至少有 $6\, (10)\%$ 来自非高斯连通四点密度和速度关联 $\left<\delta v \delta v\right>_{c}$。未来的挑战在于准确模拟长波速度模式，同时保持类似 Illustris 的高分辨率，以捕捉星系形成的复杂性及其与大尺度流的相关性。