小尺度结构对宇宙电离前端及电离化的影响

宇宙电离前端在宇宙电离化期的传播严重受到由于结构形成而产生的小尺度气体不均匀性的影响。这些不均匀性包括坍缩小型星系簿，这些星系簿通常是自保护的，以及较低密度的结构。小型星系簿密集且足够致密，以捕获星际电离前端，阻止其前进并消耗电离光子，直到小型星系簿的气体被蒸发风排出。较低密度的结构不会捕获这些前端，但它们可以通过增加星际介质的整体复合率来减慢前端的传播。在本文中，我们研究了这两种类型的不均匀性的效应，包括非线性聚类效应，我们发现IGM聚集和坍缩小型星系簿对电离化都有显著而质差异的影响。虽然小型星系簿的数量密度随时间而显著增加，但在离子化源围绕的H II区域内的小型星系簿密度基本保持不变。因此，小型星系簿的影响本质上是降低了所有时代可用于IGM的电离光子数目，这等价于减少了每个源的亮度。另一方面，IGM聚集的效应随时间显著增加，减慢电离化进程并延长电离化过程。因此，尽管小型星系簿的影响在很大程度上与未知的源效率相容，IGM聚集有助于显著地解释近期观测到的宇宙微波背景极化与在z~6处的类星体吸收光谱之间的矛盾，这些观测一起指向一个早期但持续的电离化时期。