宇宙经历了两次电离化

我们展示宇宙经历了两次电离化，分别发生在z~15-16和z~6。当归一化到两个确定性观测测量时，这一结果几乎不可避免：即最终 cosmological 电离化在z~6的时刻，以及z~3时Lyman alpha森林观测所约束的密度涨落。这两个观测最重要的是固定了星系在高红移处的星系形成效率与离子化光子逸出率之积。由于高红移气体迷你暗核中相对星系形成效率以及具有原子冷却的大暗核中相对星系形成效率仍未知晓，第一次电离化的主要来源可能是位于迷你暗核或大暗核中的第三代星。我们展示，在第三代时代期间，由于两种新的产生强X射线背景的机制，迷你暗核中的气体可以有效地通过H2分子冷却，星系形成得以在第一次电离化期间基本不受阻碍地继续进行。此外，Ricotti, Gnedin, & Shull首次指出的在第三代星系的余液HII区域中产生大量H2分子的重要过程，在这里被量化。我们指出，在第三代时代，Lyman-Werner背景可能永远不会积累。漫长的 cosmological 电离化和加热历史复杂多变。我们讨论了这一新型电离化图景的广泛意义和可能的检验方法。特别是，Thomson散射光程增加到0.10±0.03，而仅一次在z=6处快速电离化的情形为0.027。即将到来的微波各向异性探测器对宇宙微波背景偏振的观测应该能够区分这两种情形。