再电离在 z ~ 5-6 时是否已经完成？

人们通常认为再电离在 z=6 时已经完成，这是因为在红移 z<6 的莱曼α森林中探测到了通量。然而，由于再电离预计是高度不均匀的，即使体积加权平均中性氢分数 x_HI 不可忽略，大部分光谱也只是穿过了星系际介质（IGM）的电离成分。我们利用大规模（2 Gpc）半数值模拟研究了 z ~ 5-6 时未完成再电离的预期特征。我们发现，在这些红移处排除未完成再电离是困难的，原因如下：(1) 类星体位于电离场的偏袒区域，其周围的 HI 斑块比全局平均值 x_H 所暗示的要少；(2) 电离 IGM 内部残余中性氢的吸收通常主导了来自剩余 HI 区域的吸收；(3) 即使仅对电离 IGM 内的莱曼α森林及其红移演化进行建模也非常困难，并且几乎不可能先验地完成。我们提出使用暗像素的比例作为 x_HI 的一个简单、几乎与模型无关的上限。或者，可以使用无可探测通量区域（暗间隙）的尺寸分布来施加一个更依赖于模型的约束。无论哪种方式，当前的类星体样本在统计上都不足以将 z~6 处的 x_HI 约束到甚至 10% 的水平。在 z~5 处，有更多的视线可用且森林不那么暗，给定来自极深光谱和/或莱曼β森林的大动态范围，可能可以将 x_HI < 0.1 约束住。最后，我们提醒不要过度解读观测结果。目前没有直接证据表明再电离在 z ~ 5-6 时已经完成。