吸收主导再电离的困境：对电离源需求的增加

再电离时期在电离光子到达宇宙的每个角落时结束。再电离通常被认为主要受制于星系产生电离光子的速率，但Becker等人(2021)最近在$z = 6$处测得出乎意料的短电离光子平均自由程$0.75^{+0.65}_{-0.45}$ proper Mpc，表明在已电离的星系际介质中残余中性氢的吸收可能比先前预期起到大得多的作用。在此我们表明，这一短平均自由程与Ly$\alpha$森林中同时期的暗像素 fraction 之间的一致性，要求到再电离结束时每重子累积输出$6.1^{+11}_{-2.4}$个电离光子。这代表了相对于先前估计的电离光子预算的急剧增加，极大加剧了与较晚时期星系电离输出测量之间的张力。将此约束转化为我们模型中星系的瞬时电离产生，我们发现$z\sim6$处$\log_{10}f_{\rm esc}\xi_{\rm ion}/\text{(erg/Hz)}^{-1} =25.02_{-0.21}^{+0.45}$。即使对早期恒星族的电离产生效率作乐观假设，并假设星系光度函数延伸至极暗弱源($M_{\text{UV}}\leq-11$)，完全再电离也要求电离光子的逃逸分数在星系总体中超过$20\%$。这远大于在低红移任何星系族中观测到的数值，要求在宇宙时间最初十亿年后星系性质的快速演化。在关于氢中性分数和平均自由程的现有观测约束内，这一张力无法完全缓解。