大体积半解析星系形成模拟中的热历史与再电离历史

我们利用 MERAXES 半解析星系形成与再电离模型预测再电离时期的 21 厘米全局信号与功率谱，该模型已更新以包含 X 射线加热及星系际介质的热演化。使用半解析模型（如 MERAXES）研究星系形成演化与宇宙氢再电离，需要在大体积与高质量分辨率下的 N 体模拟。为此，我们使用边长为 $210~h^{-1}$ Mpc、含 $4320^3$ 粒子的模拟，解析至 $5\times10^8~h^{-1}~M_\odot$ 质量的暗物质晕。为在 $z=20$ 达到原子冷却星系（被认为是再电离主要贡献群体）的质量分辨率 $\sim 2\times10^7~h^{-1}~M_\odot$，我们利用 DARKFOREST 蒙特卡洛合并树算法增强该模拟（达到约 $\sim10^{12}$ 有效粒子数）。利用此增强模拟，我们探究了质量分辨率对预测再电离历史的影响，以及 X 射线加热对 21 厘米全局信号与 21 厘米功率谱的影响。我们还探究了 $70^{3}$ $h^{-3}$ Mpc$^3$ 子体积内 21 厘米统计的宇宙方差。我们发现再电离中点变化达 $\Delta z\sim0.8$，且因 21 厘米信号的非高斯性，在 $k\sim 0.1-0.4$ Mpc$^{-1}$ 处功率谱的宇宙方差被低估了 $2-4$ 倍。据我们所知，本工作首次同时解析低质量原子冷却星系并采样足够大尺度以探索早期宇宙中 X 射线效应的再电离与星系形成模型。