Fast radio bursts (FRBs) are millisecond-duration radio transients and can be used as a cosmological probe. However, the dispersion measure (DM) contributed by intergalactic medium (IGM) is hard to be distinguished from other components. In this paper, we use the IllustrisTNG simulation to realistically estimate the $DM_{\rm IGM}$ up to $z\sim 9$. We find $DM_{\rm IGM} = 892^{+721}_{-270}$ pc cm$^{-3}$ at $z=1$. The probability distribution of $DM_{\rm IGM}$ can be well fitted by a quasi-Gaussian function with a long tail. The tail is caused by the structures along the line of sight in IGM. Subtracting DM contributions from the Milky Way and host galaxy for localized FRBs, the $DM_{\rm IGM}$ value is close to the derived $DM_{\rm IGM}-z$ relation. We also show the capability to constrain the cosmic reionization history with the $DM_{\rm IGM}$ of high-redshift FRBs in the IllustrisTNG universe. The derived $DM_{\rm IGM}-z$ relation at high redshifts can be well fitted by a $tanh$ reionization model with the reionization redshift $z=5.95$, which is compatible with the reionization model used by the IllustrisTNG simulation. The $DM_{\rm IGM}$ of high-redshift FRBs also provides an independent way to measure the optical depth of cosmic microwave background (CMB). Our result can be used to derive the pseudo-redshifts of non-localized FRBs for $DM_{\rm IGM}<4000$ \ \ pc cm$^{-3}$.

中文翻译：

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从 IllustrisTNG 模拟估计的快速射电暴的星系间介质色散测量及其宇宙学应用

快速射电暴 (FRB) 是持续时间为毫秒的无线电瞬变，可用作宇宙学探测器。然而，星系间介质（IGM）贡献的色散量度（DM）很难与其他成分区分开来。在本文中，我们使用 IllustrisTNG 模拟来实际估计 $DM_{\rm IGM}$ 到 $z\sim 9$。我们在 $z=1$ 处发现 $DM_{\rm IGM} = 892^{+721}_{-270}$ pc cm$^{-3}$。$DM_{\rm IGM}$ 的概率分布可以用长尾的准高斯函数很好地拟合。尾部是由 IGM 中沿视线的结构引起的。从银河系和宿主星系中减去局部 FRB 的 DM 贡献，$DM_{\rm IGM}$ 值接近导出的 $DM_{\rm IGM}-z$ 关系。我们还展示了使用 IllustrisTNG 宇宙中高红移 FRB 的 $DM_{\rm IGM}$ 来限制宇宙再电离历史的能力。在高红移下导出的 $DM_{\rm IGM}-z$ 关系可以通过 $tanh$ 再电离模型很好地拟合，再电离红移 $z=5.95$，这与 IllustrisTNG 模拟使用的再电离模型兼容。高红移 FRB 的 $DM_{\rm IGM}$ 还提供了一种独立的方法来测量宇宙微波背景 (CMB) 的光学深度。我们的结果可用于推导出 $DM_{\rm IGM}<4000$ \ \ pc cm$^{-3}$ 的非定域 FRB 的伪红移。它与 IllustrisTNG 模拟使用的再电离模型兼容。高红移 FRB 的 $DM_{\rm IGM}$ 还提供了一种独立的方法来测量宇宙微波背景 (CMB) 的光学深度。我们的结果可用于推导出 $DM_{\rm IGM}<4000$ \ \ pc cm$^{-3}$ 的非定域 FRB 的伪红移。它与 IllustrisTNG 模拟使用的再电离模型兼容。高红移 FRB 的 $DM_{\rm IGM}$ 还提供了一种独立的方法来测量宇宙微波背景 (CMB) 的光学深度。我们的结果可用于推导出 $DM_{\rm IGM}<4000$ \ \ pc cm$^{-3}$ 的非定域 FRB 的伪红移。