Simulating cosmic reionization at large scales - I. The geometry of reionization
Notice bibliographique
Résumé
We present the first large-scale radiative transfer simulations of cosmic reionization, in a simulation volume of (100 h−1 Mpc)3. This is more than a two orders of magnitude improvement over previous simulations. We achieve this by combining the results from extremely large, cosmological, N-body simulations with a new, fast and efficient code for 3D radiative transfer, c2-ray, which we have recently developed. These simulations allow us to do the first numerical studies of the large-scale structure of reionization which at the same time, and crucially, properly take account of the dwarf galaxy ionizing sources which are primarily responsible for reionization. In our realization, reionization starts around z∼ 21, and final overlap occurs by z∼ 11. The resulting electron-scattering optical depth is in good agreement with the first-year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) polarization data. We show that reionization clearly proceeded in an inside-out fashion, with the high-density regions being ionized earlier, on average, than the voids. Ionization histories of smaller-size (5–10 comoving Mpc) subregions exabit a large scatter about the mean and do not describe the global reionization history well. This is true even when these subregions are at the mean density of the universe, which shows that small-box simulations of reionization have little predictive power for the evolution of the mean ionized fraction. The minimum reliable volume size for such predictions is ∼30 Mpc. We derive the power spectra of the neutral, ionized and total gas density fields and show that there is a significant boost of the density fluctuations in both the neutral and the ionized components relative to the total at arcmin and larger scales. We find two populations of H ii regions according to their size, numerous, mid-sized (∼10-Mpc) regions and a few, rare, very large regions tens of Mpc in size. Thus, local overlap on fairly large scales of tens of Mpc is reached by z∼ 13, when our volume is only about 50 per cent ionized, and well before the global overlap. We derive the statistical distributions of the ionized fraction and ionized gas density at various scales and for the first time show that both distributions are clearly non-Gaussian. All these quantities are critical for predicting and interpreting the observational signals from reionization from a variety of observations like 21-cm emission, Lyα emitter statistics, Gunn–Peterson optical depth and small-scale cosmic microwave background secondary anisotropies due to patchy reionization.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».