QUEMAR. III. Modelos analíticos de reionización con factores de agrupamiento variables

En el proyecto Simulaciones y Construcciones de Reionización de Hidrógeno Cósmico (SCORCH), comparamos modelos analíticos de la fracción de ionización de hidrógeno con simulaciones hidrodinámicas de radiación. Derivamos modelos analíticos de la fracción de ionización de hidrógeno ponderada en masa a partir de las ecuaciones de equilibrio de ionización local como una alternativa más precisa al modelo ampliamente adoptado basado en el factor de llenado de volumen. En particular, nuestro modelo tiene un término de recombinación cuadrático en la fracción de ionización, que es consistente con la naturaleza de interacción de dos cuerpos de la recombinación. Luego, usamos las simulaciones hidrodinámicas de radiación para estudiar los factores de agregación necesarios para resolver las ecuaciones analíticas y proporcionar funciones de ajuste precisas. Descubrimos que los factores de acumulación de hidrógeno ionizado de nuestras simulaciones de transferencia radiativa son significativamente diferentes de los de otras simulaciones que utilizan un fondo de fotoionización uniforme. Además de la dependencia del desplazamiento al rojo, también vemos la dependencia del factor de aglutinación del hidrógeno ionizado de la fracción de ionización, y lo incorporamos en nuestros ajustes. Calculamos los historiales de reionización utilizando nuestros modelos analíticos y factores de agrupamiento y los comparamos con modelos ampliamente adoptados, y todos nuestros modelos logran <7% de diferencia con los resultados de la simulación, mientras que los otros modelos tienen> 20% de desviaciones. Las profundidades ópticas de Thomson de reionización calculadas a partir de nuestros modelos analíticos dan como resultado una desviación de <5% de las simulaciones, mientras que los modelos analíticos anteriores tienen una diferencia> 20% y podrían resultar en conclusiones sesgadas de la reionización del medio intergaláctico.

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