非均匀子网格团块对宇宙再电离的影响

宇宙再电离由早期电离辐射源与汇之间的失衡所驱动，二者均受小尺度结构主导，因而在宇宙学再电离模拟中通常通过子网格建模处理。星系际氢的复合率通常借助子网格团块因子 ${\left<n^2\right>/\left<n\right>^2}$ 进行增强，该因子修正了粗粒度模拟网格间距以下尺度上气体密度 ${n}$ 未分辨涨落。我们详细研究了此种非均匀子网格团块对再电离及其观测量的影响，如下：（1）先前的尝试因质量分辨率不足普遍低估了团块因子。我们执行了高分辨率 $N$ 体模拟，分辨至再电离前金斯质量的晕，以推导随时间变化、空间变化的局地团块因子及其与局地过密度相关性的拟合公式。（2）我们随后执行了大尺度 $N$ 体及辐射转移模拟，通过应用该团块因子–过密度相关性来考虑此非均匀子网格团块。增强复合显著减缓了电离区的膨胀，推迟了再电离的完成，并压低了再电离后期大尺度上的 21 cm 功率谱。（3）我们还考虑了一种简化方案：将同一高分辨率 $N$ 体模拟得到的全局平均、随时间演化的团块因子均匀应用于再电离模拟的所有网格，而非前述方式。以此模型计算的观测量与非均匀团块模型吻合较好，例如对 21 cm 功率谱的预测误差在 20% 以内，表明其或为一种有用的近似。