Présentation du projet thesan : simulations radiation-magnétohydrodynamiques de l'époque de reionisation

RÉSUMÉ Nous introduisons le projet thesan, une suite de simulations radiation-magnétohydrodynamiques de grand volume (Lbox = 95,5 \, cMpc) qui modélisent simultanément les propriétés statistiques à grande échelle du milieu intergalactique pendant la reionisation et les caractéristiques résolues des galaxies responsables de celle-ci. La simulation phare a des résolutions de masse de matière noire et baryonique de 3,1 10⁶\, M_ et 5,8 10⁵\, M_, respectivement. Les forces gravitationnelles sont adoucies à des échelles de 2,2 ckpc, avec les plus petites tailles de cellule atteignant 10 pc à z = 5,5, ce qui permet des prévisions jusqu'à la limite de refroidissement atomique. Les simulations utilisent un solveur d'hydrodynamique radiative efficace (arepo-rt) qui capture précisément l'interaction entre les photons ionisants et le gaz, couplé à des modèles de formation de galaxies (IllustrisTNG) et de poussière bien testés pour prédire avec précision les propriétés des galaxies. À travers un ensemble complémentaire de simulations à résolution moyenne, nous examinons les changements dans la reionisation introduits par différentes hypothèses pour les fractions d'échappement ionisantes, les modèles de matière noire variés, et la convergence numérique. La simulation fiduciaire et les variations de modèle sont calibrées pour produire des histoires de reionisation réalistes qui correspondent à l'évolution observée de la fraction d'hydrogène neutre global et de la profondeur optique de diffusion des électrons vers la reionisation. Elles correspondent également à une richesse de données inférées par observations à haut redshift, y compris la relation masse stellaire à masse de halo, la fonction de masse stellaire des galaxies, la densité de taux de formation d'étoiles et la relation masse-métallicité, malgré le fait que le modèle de formation de galaxies soit principalement calibré à z = 0. Nous démontrons que différents modèles de reionisation donnent lieu à des distributions de taille de bulle variées qui impriment des signatures uniques sur l'émission à 21 cm, en particulier sur la pente du spectre de puissance à de grandes échelles spatiales, permettant aux expériences actuelles et à venir à 21 cm de caractériser avec précision les sources qui dominent le budget de photons ionisants.