再电离后非均匀的电离背景

我们研究了再电离之后时期（z ~ 5--6）氢电离背景的空间涨落。光子平均自由程随红移的快速减小，加上日益稀少的电离源成团，可能导致这一时期非常不均匀的电离背景。我们通过改变几个参数，如平均自由程、能够容纳恒星的最小暗晕质量以及暗晕占空比，系统地研究了电离通量的概率密度函数和功率谱。为了具有通用性，我们使用了解析、半数值和数值方法。我们的模型表明，电离背景确实在这一时期存在由源成团引起的显著涨落，概率密度函数在半最大似然处的宽度约为几倍。这些分布也显示出明显的不对称性，由小尺度成团决定的高值尾和由平均自由程决定的较短低值尾。电离背景的功率谱对源性质比概率密度函数敏感得多，并且可以通过类似于暗晕模型（通常用于描述暗物质成团）的框架进行良好的解析理解。尽管如此，我们发现莱曼α森林谱对各种电离紫外背景的细节极不敏感，尽管我们不同电离背景的概率密度函数和功率谱存在显著差异。假设均匀电离背景仅会低估从莱曼α森林推断的平均电离率值几个百分点。相反，莱曼α森林的分析主要受密度场不确定性的主导。因此，我们的结果证明了在莱曼α森林分析中普遍假设均匀电离背景的合理性，即使在这一时期也是如此。