高红移时期星系际介质的温度：激波加热与高马赫数问题

宇宙气体在黑暗时代的 therm 历史在很大程度上仍未知。为了解释近期和即将到来的观测（包括 EDGES 报告的结果），量化相关物理对红移 $z=10$ 到 $z \sim 30$ 之间 IGM 温度的影响十分重要。我们使用三套不同代码执行的固定网格宇宙学流体动力学模拟，重新审视该时期由结构形成激波引起的气体加热。在所有模拟中，预测宇宙气体自 $z>30$ 起处于多相态。从 $z=30$ 到 $z=11$，围绕高密度峰的气体逐渐发展出比 $T \propto \rho^{2/3}$ 更陡的关系，近似为 $T \propto \rho^{2}$，可能源于激波加热。同时，空洞区域中的气体往往具有较大的局地马赫数，其热态在不同代码间差异显著。在红移 $11-20$ 范围内，我们模拟中被激波加热至高于 CMB 温度的气体质量分数比先前的半解析结果大 2 至 8 倍。在 $z=15$ 时，该分数在不同代码间从 $\sim 19\%$ 到 $52\%$ 不等。在 $z=11$ 与 $z=20$ 之间，两套代码预测气体温度 $<1/T_{\rm{K}}>_M^{-1}$ 为 $\sim 10-20$ K，远高于绝热冷却模型和某些先前工作。然而，在我们由 RAMSES 执行的模拟中，$<1/T_{\rm{K}}>_M^{-1}$ 预测甚至低于解释 EDGES 结果所需的温度。鉴于不同代码给出不同预测，目前似乎难以对 $z \sim 17$ 处气体温度做出可靠模拟预测。