Reionization History from Coupled CMB/21cm Line Data
本文利用CRASH程序和辐射转移宇宙学模拟研究了非均匀再电离产生的CMB次级各向异性。再电离的历史是一致的WMAP汤姆逊光学深度测定。我们发现，当l > 4000时，由这一过程产生的信号在主CMB分量上占主导地位，并在弧分尺度上达到l（l+1）C_l/2π~ 1.6 × 10^{-13}的最大幅度，即l高达几千。然后，我们交叉相关的二次CMB各向异性地图与中性氢21厘米线发射波动从相同的模拟。这两个信号在对应于21厘米红移的HII区域（包括重叠）的典型大小的角度尺度上是高度反相关的。我们展示了如何利用CMB/21 cm互相关：（a）研究再电离源的性质，（b）重建宇宙再电离历史，（c）推断任何红移处的平均宇宙电离能级。我们讨论了未来的设施，拟议的实验的可行性。
2005-02-21 astro-ph
The effect of reionization on the CMB-density correlation
在本文中，我们将展示如何宇宙再电离后的CMB光子的再散射可以给一个显着的线性贡献的温度-物质互相关测量。这些各向异性，这是通过后期的多普勒效应出现的，是在尺度上远大于典型的规模的非线性效应在再电离，它们可以有助于度尺度的互相关，并可能会影响解释类似的相关性所导致的综合萨克斯-沃尔夫效应。虽然预期在低红移时是小的，但这些相关性可以很大，因为在高红移时的密度探测，因此可能是宇宙再电离历史的有用探测。
2007-06-02 astro-ph
CMBPol Mission Concept Study: Reionization Science with the Cosmic Microwave Background
我们总结了现有的再电离时代的限制，并讨论了敏感的过程中的观测探头。我们专注于大规模极化可以发挥的作用。偏振探测再电离的整个时期的积分光学深度。未来的任务，如普朗克和CMBPol将大大提高我们的再电离历史的知识，使我们能够测量电离分数的时间演变。由于大尺度偏振探测高红移活动，它可以最好地约束宇宙在早期完全或部分电离的模型。事实上，大尺度偏振可能是我们对最高红移的唯一探测。
2008-11-24 astro-ph
Late reionizations of the Universe and their manifestation in the CMB data
我们研究了两套两个时代的再电离模型和它们在最近的WMAP计划的CMB各向异性和偏振数据中的表现，并对未来的普朗克任务做出了一些预测。在第一组模型中，宇宙被再电离了两次，第一次是在z~15处被第三星族恒星再电离，第二次是在z~6处被大星系中的恒星再电离。在第二组模型中，在高红移z > 100处的额外峰状再电离是由不稳定粒子的衰变引起的，随后是z~6处的标准再电离图像。我们研究这些两个时代的再电离模型的一般性质和它们的含义在WMAP CMB温度各向异性偏振互相关。我们已经表明，这些模型具有可比的似然值的WMAP数据和不同的字符，可以与普朗克高灵敏度进行测试。
2003-09-28 astro-ph
The influence of non-uniform reionization on the CMB
我们研究了再电离过程中电离分数的空间变化对CMB温度各向异性的影响。我们结合大尺度结构的模拟来描述底层的密度场与分析模型的基础上扩展的Press-Schechter理论来跟踪再电离过程。我们发现，诱导CMB各向异性的功率谱敏感地依赖于再电离时期的字符。不同的模型在“斑片阶段”的程度可以区分未来的实验，如阿塔卡马宇宙望远镜（ACT）和南极望远镜（SPT）。在我们的模型中，斑片状信号在$l\simeq 2000$处达到峰值，在那里它可以比动力学Sunyaev-Zel'dovich（kSZ）/Ostriker-Vishniac（OV）信号（$ΔT_{\rm tot} \simeq 2.6 μK$）大四倍。在超过$l \simeq 4000$的尺度上，总多普勒信号由kSZ/OV主导，但斑块信号可以对功率谱贡献高达30%。斑片状再电离的影响是最大的尺度上的原始CMB各向异性占主导地位。忽略这一贡献可能会导致重大偏差的宇宙学参数的测定来自CMB温度测量。再电离时期理论模型的改进对于解释即将到来的实验结果将变得越来越重要。
2005-07-22 astro-ph
Impact of reionization on CMB polarization tests of slow-roll inflation
在最大尺度上，从CMB B模偏振谱估计暴胀参数依赖于再电离历史的知识，特别是在低张量标量比下。假设一个不正确的再电离历史在分析这样的极化数据可以强烈地偏置的暴胀参数。一个结果是，张量-标量比和张量倾斜之间的单场慢滚一致性关系可能被排除，即使这种关系在现实中成立。我们解释了偏见的起源，并提出了各种张量振幅和噪声特性的案例研究。一个更独立于模型的方法可以解释再电离的不确定性，我们表明，参数化的再电离历史的一组其主要组成部分相对于E-模式偏振消除了通胀参数测量的偏差，精度下降不大。
2007-10-23 astro-ph
Reionization of the Intergalactic Medium and its Effect on the CMB
宇宙中的大部分氢在红移区间5 < z < 40的某个地方从中性转变为电离，这很可能是由于早期恒星或小型类星体产生的电离光子。由此产生的自由电子，通过汤姆逊散射与CMB光子相互作用，是一个混合的祝福，既提供了第一批恒星的时代的探测器，又污染了原始的原始各向异性。在这里，我们回顾我们目前的知识，再电离的不均匀性和描述可能的连接到CMB各向异性的重点。
1999-03-26 astro-ph
Mutual Constraints Between Reionization Models and Parameter Extraction From Cosmic Microwave Background Data
对高红移天体的光谱研究和对宇宙微波背景（CMB）日益精确的数据，开始独立地对氢再电离时代提出强互补的界限。然而，从目前的CMB数据参数估计继续受到几个退化。在这里，我们专注于那些在CMB参数预测有关的光学深度再电离的简并。我们扩展早期的工作的相互约束，这样的分析CMB数据和再电离模型可能会放置在对方一个更一般的参数集，并预计从$MAP$卫星的数据的情况下。我们特别关注的第一颗恒星的再电离的半解析模型，虽然这里的方法很容易扩展到其他再电离的情况。一个再电离模型可以提供有用的补充信息，宇宙学参数（CP）的提取CMB，特别是光学深度和原始标量功率谱的振幅和指数之间的简并，这仍然是目前在最新的数据。或者，通过使用再电离模型，已知的限制天体物理量可以减少预测的CP的错误。即将到来的CMB数据也有可能限制早期恒星形成的地点，以及参与其中的重子的比例。光谱法，测定再电离时期，用于测定CMB中的CP。这有可能大大加强CMB对功率谱指数等参数的限制，同时具有无需选择再电离模型的相当大的优势。
2002-02-21 astro-ph
Small-scale CMB Temperature and Polarization Anisotropies due to Patchy Reionization
我们研究了不均匀（斑片状）再电离对弧分尺度（$1000 < \ell < 10,000$）宇宙微波背景（CMB）各向异性的贡献。我们发现，在电离分数的不均匀性，而不是在平均密度，占主导地位的温度和偏振功率谱。根据电离源的电离历史和成团偏压，我们发现均方根温度波动范围从2 $μ$ K到8 $μ$ K，相应的极化值小两个数量级以上。再电离可以显着偏置宇宙学参数的估计和退化引力透镜潜力重建从温度图，但不是从偏振图。我们证明，一个简单的再电离温度功率谱的建模可能足以消除参数偏差。高$\ell$温度功率谱将包含一些关于再电离源的有限信息。
2003-08-04 astro-ph
Model independent approaches to reionization in the analysis of upcoming CMB data
在大角度尺度上，CMB极化主要取决于IGM的电离水平的演变过程中再电离。为了避免偏置参数估计，需要一个准确的和模型独立的方法来分析高精度的数据时，像那些预期从普朗克实验再电离。在本文中，我们考虑两个最近提出的方法拟合再电离，我们讨论各自的优点。我们测试这两种方法进行模拟普朗克数据的蒙特卡罗马尔可夫链分析，假设不同的基准再电离的历史。我们考虑到温度和极化数据高多极，我们适合两个再电离和非再电离参数。我们发现，当再电离假设错误时，τ_e、A_s和r可能有1-3个标准差，而其它参数，特别是n_s，则无明显偏差。模型无关方法引入的附加再电离参数不影响主要宇宙学参数的估计精度，最大的误差约为τ_e的15%。最后，我们指出，即使假定再电离的一般拟合方法，在分析中忽略氦的贡献也会增加τ_e，r和A_s的偏差。
2008-04-02 astro-ph
Negative intensity patches in angular variations of CMB as a probe of the period of reionization
讨论了宇宙再电离周期的观测检验。我们发现，这一时期可以观察到的{ \it负}强度补丁的CMB辐射的振幅$δT/T\sim 10^{-5}$和角度大小$θ_T\sim$ 10角秒的范围内的波长0.1厘米$\leqλ\leq$ 1厘米。预期的数量密度和频率依赖性的振幅允许识别这种效果，并从噪声中区分出来。该方法适用于小尺度变化的CMB温度补充了传统的光谱方法。观测到的“负”强度斑块的数量密度和振幅取决于再电离的红移，从而可以粗略地估计这种红移。在再电离期之前形成的电离泡也可以被看作是最高峰。预期的结果是敏感的金斯尺度在再电离期间，原始功率谱的小尺度形状和暗物质粒子的质量。
2001-08-13 astro-ph
Secondary CMB anisotropies in a universe reionized in patches
在宇宙中，自由电子汤姆逊散射产生的多普勒效应会产生次级宇宙微波背景（CMB）各向异性。对于一个简单的模型，小补丁和后期再电离，我们解析计算的各向异性功率谱。原则上，片状再电离可能是角分尺度上各向异性的主要来源。在更大的角度尺度上，它对CMB功率谱的贡献是主信号的一小部分，即使是理想的，即宇宙方差有限的，实验和再电离的极端模型，在功率谱中也只能勉强检测到。因此，斑片状再电离不太可能影响宇宙学参数估计的声学峰的CMB。在小角度上探测它将有助于确定宇宙的电离历史，特别是电离区域的典型大小和再电离过程的持续时间。
1998-03-17 astro-ph
Early Reionization in Cosmology
宇宙微波背景（CMB）的各向异性已被证明是大尺度结构形成的最严格的“瓶颈”之一。作为一种可能性，以放松这一约束，它已被提出，早期再电离可以阻尼小尺度上的CMB波动，由于光子在电离等离子体中的扩散。作为一个例子，我调查最近提出的方案与冷暗物质（CDM）和纹理种子。在那里，对CMB各向异性的分析表明，早期再电离是这种情况的关键因素。在没有阻尼的情况下，小尺度各向异性将占主导地位，并超过观察到的极限。在本文中，我提出了分析和数值计算结果的阻尼量，由于早期再电离的CMB扰动引起的塌陷纹理。此外，由于较热的等离子体电子的康普顿散射的CMB的光谱失真进行了计算。接下来，我讨论的物理过程，导致一个系统的耦合常微分方程的电离度，电子温度和电离辐射的演变。
1993-11-17 astro-ph
Morphology of the Secondary CMB Anisotropies: the Key to "Smoldering" Reionization
我们展示了如何的二次CMB各向异性的地图的形态分析可以检测到一个延长期的“阴燃”再电离，在此期间，宇宙仍然部分电离。无论是对红移21厘米谱线的射电观测，还是对红移莱曼α森林的红外观测，都无法探测到这样的周期。对这种非高斯参数最敏感的是偏移集中的区域数量、偏移集的周长和最大（按面积）区域的亏格。例如，如果宇宙在z=6时完全再电离，但自z=20起保持约1/3的平均电离分数，则具有500 × 500像素分辨率和信噪比S/N=1/2的2弧分图允许以优于99%的置信水平检测由于再电离引起的非高斯性。
2002-06-13 astro-ph
Radiative effects by high-z UV radiation background: Implications for the future CMB polarization measurements
利用宇宙学光滑粒子流体动力学（SPH）模拟，研究了辐射效应对再电离分数随时间演化的影响。我们发现，光深度效应导致的光电离和光加热速率的增加对IGM在再电离前和再电离过程中的加热有显著的贡献。紫外辐射光谱对电离分数时间演化的主要影响由再电离红移值和再电离完成的红移间隔给出。我们评估的紫外辐射背景的CMB角功率谱考虑到不同的时间演化的电离分数的影响。我们表明，通过E-模式CMB偏振功率谱测量，普朗克实验将有灵敏度区分不同的再电离历史，即使它们意味着相同的光学深度的电子散射和退化的温度各向异性功率谱。
2005-06-20 astro-ph
Reionization and Cosmic Microwave Anisotropies
研究了冷暗物质主导模型中标准复合后发生的再电离对CMB各向异性的影响。后期的再电离降低了CMB的各向异性，特别是在度尺度上。研究发现，如果假设再电离是由红移$\sim 20.$引起的，那么对于与大爆炸核合成一致的模型，南极9点数据的最高频率通道对冷暗物质主导的模型的约束显著放松
1993-10-29 astro-ph
Oxygen pumping II: Probing the Inhomogeneous Metal Enrichment at the Epoch of Reionization with High Frequency CMB Observations
在再电离阶段，当高红移星系际介质（IGM）富集金属时，OI的63.2 μ m精细结构线被~ 1300 AA软紫外背景泵浦，并在宇宙微波背景（CMB）中引入光谱畸变。在这里，我们使用一个玩具模型的空间分布的中性氧，假设金属泡周围的暗物质晕，并计算这种扭曲的波动，和角功率谱它印记的CMB。我们讨论的功率谱的依赖性的速度的风污染的IGM与金属，产生这些风的晕的最小质量，和宇宙时代时，OI泵发生。我们发现，虽然CMB失真的聚类信号是弱的δ y_{rms} ~ 10^{-7}（大致对应于几个nK的温度各向异性），它可能是可达到的深集成与高灵敏度红外探测器。即使没有探测，这些仪器也应该能够对IGM的重元素富集历史进行有用的限制。
2007-09-20 astro-ph
CMB Anisotropies due to Feedback-Regulated Inhomogeneous Reionization
我们计算的次级各向异性的CMB产生的非均匀再电离模拟中的辐射和恒星反馈效应对星系形成的影响已被包括在内。这允许自洽地确定临界密度CDM模型的再电离过程的开始（$z_i\approx 30$）、持续时间（$ δz\approx 20$）和（非线性）演变。此外，从模拟的电离区的空间分布，我们能够计算的两点电离相关函数，$C_χ$的演变，并获得各向异性，$C_\ell$的功率谱，在范围$5000 < \ell < 10^6$。功率谱在$\ell \approx 30000$附近具有宽的最大值，在此其达到值$2\times 10^{-12}$。我们还表明，角相关函数$C(θ)$不是高斯，但在分离角$% θ\lower.5ex\hbox{\ltsima} 10^{-4}$ rad，它可以近似由修改后的洛伦兹形状，在较大的分离度的预测？关系信号。上述信号的检测将有可能与未来的毫米波长干涉仪，如ALMA，这似乎是一个最佳的仪器，以寻找不均匀的再电离的签名。
1999-11-25 astro-ph
The Cosmic Reionization History as Revealed by the CMB Doppler--21-cm Correlation
我们表明，时代（S）的再电离时，宇宙的电离分数约为一半，可以确定相关的宇宙微波背景（CMB）温度图与21厘米线地图度标度（$l\sim 100$）。在再电离过程中，自由电子的特殊运动引起CMB的多普勒各向异性，而中性氢的密度涨落引起21厘米线各向异性。在我们的非均匀再电离简化模型中，当宇宙再电离时，正相关性出现，而当宇宙重新组合时，负相关性出现;因此，相关性的符号提供了目前无法获得的再电离历史的信息。信号主要来自大尺度（k~0.01 Mpc^-1），在这种尺度下，线性微扰理论是有效的，并且由于斑片状再电离而导致的复杂性被平均化了。由于多普勒信号来自电离区，而21厘米来自中性区，因此当宇宙的电离分数约为一半时，相关性在红移中有一个明确的峰。此外，互相关对系统误差，特别是前景发射，比21厘米线的自相关性不太敏感：这类似于CMB的温度-偏振相关性比偏振-偏振更不受系统误差的影响。因此，我们认为，多普勒-21厘米相关提供了一个强大的测量21厘米的各向异性，这也可以被用来作为一个诊断工具，在21厘米的数据检测到的信号-检测的互相关提供了最强的确认，信号是宇宙学的起源。我们表明，平方公里阵列可以很容易地测量预测的相关信号为1~一年的调查观察。
2006-04-11 astro-ph
Polarized CMB: Reionization and Primordial Tensor modes
我们讨论了在后WMAP时代即将到来的机会与宇宙微波背景（CMB）的观测。宇宙微波背景偏振的旋模探测暴胀引力波。虽然一个显着的混乱来源，预计从宇宙剪切转换的偏振密度扰动，更高分辨率的观测CMB各向异性可以用于透镜重建和分离引力波偏振签名的透镜。基于目前的透镜重建技术的分离使得在包括大统一理论的范围内探测10^15 GeV以下的暴胀能量尺度成为可能。原始卷曲模式的观测检测是辅助再散射在后期的时间在再电离时代的光学深度电子散射在0.1及以上的水平。这种光学深度的改进的测量是有用的，以优化后WMAP任务的实验参数，试图以IGW背景为目标。
2003-11-03 astro-ph
The CMBR fluctuations from HI perturbations prior to reionization
Loeb和Zaldarriaga（2003）最近提出，在再电离之前，对HI不均匀性产生的CMBR亮度温度波动的观测，有望以前所未有的精度探测原始功率谱。这就需要对密度扰动和亮度温度波动之间的关系进行精确的量化。亮度温度波动的原因有两个：（1）自旋温度的波动，以及（2.）在HI光学深度的波动，这两者都是由密度扰动。对于自旋温度，我们详细研究了它在HI波动存在下的演化。对于光学深度，我们发现，它是由密度扰动直接和通过特殊的速度移动的吸收功能周围的频率。后一种效应，在早期的研究中没有被包括在内，类似于星系巡天中观察到的红移空间扭曲，这可能会导致亮度温度波动的50%或更多的变化。
2004-03-31 astro-ph
CMB anisotropy at degree angular scales and the thermal history of the Universe
本文研究了冷暗物质和混合暗物质模型中宇宙微波背景辐射的各向异性，这些模型具有非标度不变的原始功率谱（即$n \neq 1$）和星系际介质在红移$z_{rh}$处的突然再电离.我们测试这些模型对最近检测到的CMB各向异性在大和中等角度尺度。我们发现，目前的CMB各向异性测量不能区分CDM和MDM模型。我们的可能性分析表明，蓝色功率谱（$n \simeq 1.2$）和再电离在$z_{rh} \sim 20$的模型是最一致的各向异性数据考虑在这里。在没有再电离的情况下，我们的分析给出了$1.0 \le n \le 1.26$（95% C.L.）对于$Ω_b = 0.05$。
1996-09-21 astro-ph
Oxygen Pumping: Mapping the Reionization Epoch with the CMB
我们考虑了高红移星系际介质中中性OI的$63.2 μ$ m精细结构线的抽运，类比于宇宙HI的21 cm线的Wouthuysen场效应.我们表明，在$\sim 1300$的软紫外背景可以影响人口水平，如果一个显着的部分IGM体积充满了“化石HII地区”含有中性OI，那么这可能会产生一个不可忽略的光谱失真的宇宙微波背景（CMB）。来自红移$z$的OI在$(1+z)63.2μ$ m处的发射中可见，并且在$7<z<10$之间产生CMB的平均光谱失真，其中$y$-参数为$y=(10^{-9} - 3\times10^{-8}) (Z/10^{-3}{\rm Z_{\odot}}) (I_{UV})$，其中$Z$是IGM的平均金属丰度，$I_{UV}$是1300 nm处的UV背景，单位为$10^{-20}$ erg/s/Hz/cm $^2$ /sr。因为O与H处于电荷交换平衡，对这一特征的测量可以追踪在宇宙再电离完成之前的黑暗时代结束时的金属丰度，并对宇宙学21厘米研究起到补充作用。虽然未来的CMB实验，如普朗克实验，可以将金属丰度限制在$10^{-2} Z_{\odot}$水平，但专门设计的实验可能会实现检测。也可以检测到小角度尺度上的失真波动。
2006-12-14 astro-ph
The Signature of Patchy Reionization in the Polarization Anisotropy of the CMB
当第一个电离辐射源出现时，宇宙的非均匀电离状态会导致宇宙微波背景的极化各向异性。我们使用宇宙学模拟的过程中，第一个源电离星系际介质研究的激发极化各向异性。我们发现，在小尺度下，偏振各向异性的均方根值约为0.01 μK，局部峰值约为0.1 μK，小于引力透镜的偏振各向异性。偏振方向在度尺度上是高度相干的。这种方向性的相干性是不期望从任何主要的各向异性或引力透镜效应，使最大的信号，由于不均匀电离相对容易隔离，实验应达到必要的非常低的噪声水平。
2007-01-29 astro-ph
The Reionization History at High Redshifts I: Physical Models and New Constraints from CMB Polarization
最近从WMAP数据中发现的高光学深度τ-汤姆逊散射意味着在红移z~15处发生了显著的再电离。这一发现对再电离的来源有重要的意义，并首次允许对红移z~20的物理再电离方案进行限制。使用一套新的半解析再电离模型，我们表明，高值的τ需要一个令人惊讶的高效率的第一代紫外光源注入电离光子到星系际介质的反射。我们发现，没有简单的再电离模型可以与WMAP的结果与z<6.5宇宙的数据相结合。满足这两个约束条件需要满足以下条件之一：（i）H_2分子在z~20处有效地形成，在反馈过程中存活，并且允许在维里温度低于Tvir=10^4 K的晕中的UV源对再电离做出实质性贡献;或者（ii）在Tvir> 10^4 K的晕中，在（z~20）和（z~6）之间，H_2分子的再电离效率降低约30倍。我们讨论了相关的物理问题，以产生任何一种情况下，并认为这两种选择是可行的，并允许当前的数据。在详细的再电离历史模型，我们发现，在这两种情况下的电离分数的演变具有鲜明的特点，普朗克可以区分在3西格玛的意义。在tau的高WMAP值下，普朗克也将能够对再电离模型参数提供严格的统计约束，并阐明黑暗时代结束时的大部分物理学。WMAP发现的高光学深度的来源应该可以被詹姆斯·韦伯太空望远镜直接探测到z~15。
2003-02-23 astro-ph
The Reionization History at High Redshifts II: Estimating the Optical Depth to Thomson Scattering from CMB Polarization
鉴于最近推断的高光学深度汤姆逊散射，τ，从WMAP数据，我们调查的影响，延长部分电离期，并询问如果τ值推断假设一个单一的急剧过渡是一个无偏的估计。我们构建和考虑几个代表性的电离模型，并评估其签名的CMB。如果τ是用一个单一的急剧转变来估计的，我们表明在导出的值中可能存在显著的偏差（因此在sigma 8中也存在偏差）。对于WMAP噪声水平，τ的偏差小于统计不确定性，但对于普朗克或宇宙方差有限的实验，τ偏差可能远远大于统计不确定性。在我们考虑的电离模型中，这种偏差可以通过拟合稍微复杂的电离历史来减少，例如两步电离过程。假设这个两步过程，我们发现普朗克卫星可以同时确定再电离的初始红移为+-2和tau为+-0.01电离历史的不确定性似乎提供了一个大约0.005的限制，可以从CMB偏振数据估计tau，比WMAP的预期要好得多，但比宇宙方差限制的预期要差得多。
2003-06-07 astro-ph
Cross-Correlation Studies between CMB Temperature Anisotropies and 21 cm Fluctuations
在从中性宇宙到完全再电离宇宙的过渡过程中，宇宙微波背景（CMB）光子通过自由电子的散射导致了对温度分布的新的各向异性贡献。如果再电离过程是不均匀和不均匀的，那么再电离的时代也可以通过中性氢的红移21厘米线发射中的亮度温度波动来观察。由于包含电子和中性氢的区域预计将追踪相同的底层密度场，因此两者是（反）相关的，并且预计这将通过弧分尺度CMB温度和21 cm背景之间的相关性反映在各向异性图中。就角互功率谱而言，不幸的是，由于与二阶CMB各向异性相关联的几何抵消，这种相关性是微不足道的。然而，电离区和中性区之间的相同的互相关性，可以研究使用双谱涉及大规模的速度场的电离区的多普勒效应，弧分规模的CMB各向异性在再电离，和21厘米的背景。虽然部分地避免了几何抵消，但由于与由多普勒效应追踪的速度波动相关的大的宇宙方差，与该双谱相关的信噪比降低。除非能够独立建立再电离过程中的速度场，否则不太可能通过涉及CMB和21 cm波动的联合研究来获得与电离电子和含中性氢区域的相对分布相关的相关信息。
2004-05-26 astro-ph
Cross-Correlation Studies with CMB Polarization Maps
在再电离时期的自由电子人口rescatters CMB温度四极，并产生一个现在众所周知的极化信号在大的角度尺度。虽然这种贡献已被检测到的温度-偏振交叉功率谱测量与WMAP数据，由于大的宇宙方差与各向异性测量在几十度角尺度只有有限的信息相关的再电离，如光学深度电子散射，可以提取。在自由电子人口的不均匀性导致额外的二次极化各向异性贡献在弧分尺度。虽然波动幅度，相对于占主导地位的原始波动，是小的，我们建议，弧分尺度CMB偏振数据和示踪领域的高红移宇宙，如通过波动捕获的21厘米中性氢背景或那些在红外背景中的第一个原星系，可能允许一个研究有关再电离的额外细节。为此，我们讨论了一个优化的高阶相关测量，在一个三点函数的形式，包括大角度尺度CMB温度各向异性的信息，除了弧分尺度的偏振信号有关的非均匀再电离。我们建议，建议的双谱可以测量一个实质性的信噪比，并不需要所有的天空地图的CMB偏振或示踪剂领域。一个测量，如一个建议，可以让一个建立的时代时，CMB的极化有关的再电离产生和地址，如果宇宙被再电离一次或两次。
2004-05-10 astro-ph
Tomography of the Reionization Epoch with Multifrequency CMB Observations
我们研究的限制，未来的多频宇宙微波背景（CMB）的实验将能够设置在再电离时代的银河系间介质的金属富集历史。我们预测的信噪比的探测信号中引入的CMB的金属共振散射在黑暗时代结束。我们考虑到系统相关的通道间校准，PSF重建误差和innacurate前景去除。我们开发了一种算法，以最佳方式提取金属在再电离过程中产生的信号，并准确地去除由于热Sunyaev-Zel'dovich效应造成的污染。虽然要求水平的前景表征和控制的系统学是必需的，他们是非常不同的HI-21厘米的研究和CMB极化中遇到的，这一事实鼓励研究的共振散射金属作为一种替代方式进行断层扫描的再电离时代。一个类似ACT的实验，对系统效应进行乐观的解释，并观察天空中干净的区域，可以检测到3%-12%（95% c.l.）的变化。OIII丰度（相对于其太阳值）在红移范围$z\in$ [12，22]，再电离红移$z_{\rm re}>10$。然而，对于$z_{\rm re} <10$，它只能在红移范围$z\in$ [5.5，9]，（95% c.l.）内设定$\sim$ 60%太阳值的NII丰度增量上限。这些约束条件假设通道间校准精确到$10^{4}$中的一部分，这构成了该方法的最关键的技术要求，但仍然可以用当前技术实现。
2006-04-14 astro-ph
Imprint of Reionization on the Cosmic Microwave Background Bispectrum
研究了再电离过程中二次各向异性引起的非高斯性对宇宙微波背景（CMB）双谱的贡献。在再电离时期的大尺度结构，既有引力透镜CMB光子，又有在下落过程中散射电子而产生的温度多普勒频移。由此产生的相关性是潜在的通过CMB双谱观察。二阶Ostriker-Vishniac也耦合到各种线性二次效应，以产生双谱。然而，对于目前受欢迎的平坦宇宙学模型，在重电离时期$τ\la 0.3$具有低物质含量和小光学深度，这些双谱贡献远低于MAP的检测阈值，并处于或低于普朗克的检测阈值，考虑到它们的宇宙和噪声方差限制。在这个范围的上端，它们可以作为普朗克测量原始非高斯性或由引力透镜与积分萨克斯-沃尔夫效应和热Sunyaev-Zel 'dovich效应的相关性引起的噪声的额外来源。我们包括一个讨论的一般性质的CMB双谱，其配置依赖的各种影响，其计算在林伯近似和超越。
1999-10-21 astro-ph
Reionization and the large-scale 21 cm-cosmic microwave background cross correlation
在众多的再电离探测器中，21厘米谱线和宇宙微波背景（CMB）是最有效的。我们研究如何互相关的21厘米的亮度和大角度尺度上的CMB多普勒波动可以用来研究这个时代。我们采用了一个新的模型的增长的大尺度波动的电离分数作为再电离的收益。我们考虑了重子特有的速度场，并表明它对互相关的影响可以解释为傅里叶模的混合。我们发现，互相关信号是强烈的峰值接近年底的再电离和相关的符号应该是积极的，因为固有的再电离的不均匀性。信号在度标度（l~100）处达到峰值，并且几乎完全来自大的物理标度（k~0.01 Mpc）。由于许多干扰低频射电观测的前景和噪声与CMB测量不相关，交叉相关似乎可以为再电离时期周围21 cm辐射的宇宙学起源提供一个可靠的诊断。不幸的是，我们表明，这些信号实际上只有弱相关性，宇宙方差占主导地位的任何尝试检测的误差预算。我们的结论是，在度大小的角度尺度的互相关峰值的检测是不太可能的，即使与理想的实验。
2007-06-21 astro-ph
Polarization of the Cosmic Microwave Background from Non-Uniform Reionization
本文研究了由斑片再电离引起的宇宙微波背景（CMB）极化各向异性中的信号。众所周知，CMB的原始极化对再电离的细节非常敏感。结合一个星系形成的半解析模型（其中再电离时刻的光学厚度在0.014 ~ 0.048之间）和高分辨率N体模拟，我们发现再电离在大角尺度上产生一个振幅为0.05~0.15 μK的峰。这个峰值的位置揭示了再电离时视界的大小，而它的振幅则是再电离的光学深度的量度。在小尺度上，完全再电离之前的电离补丁创建一个二阶极化信号由于耦合的自由电子密度波动与温度各向异性的四极矩。仔细的研究表明，耦合产生相同的功率谱的电和磁模式，其振幅的偏振各向异性从这个过程中被预测为~ 10 nK。振幅强烈地依赖于总重子密度$Ω_b$和电离区域中自由电子密度的空间相关性，而弱地依赖于能够逃离其源星系$f_{esc}$的电离光子的分数。因此，一阶和二阶信号对再电离如何发生的细节很敏感。这些信号的探测将对宇宙的再电离历史产生重要的限制。
2001-07-19 astro-ph
Large-angle Polarization of the Cosmic Microwave Background Radiation and Reionization
在标准CDM模型下讨论了物质再电离对宇宙微波背景辐射（CMBR）的大角度尺度各向异性和极化的影响。我们分离三种情况下，其中各向异性引起的纯标量，纯张量，和混合度量扰动分别。结果发现，如果再电离发生得足够早，极化可以达到一个可检测的水平，依次$6\%$，$9\%$，和$6.5\%$的各向异性。一般来说，较高的偏振度意味着在高红移时张量模或再电离的主要贡献。由于早期再电离将显著抑制小尺度CMBR各向异性和偏振，因此测量几度尺度上的偏振可以直接探测早期宇宙的再电离历史。
1995-02-23 astro-ph
Reconstructing Patchy Reionization from the Cosmic Microwave Background
我们介绍了一种新的统计技术，用于从未来的宇宙微波背景温度和极化场的高灵敏度测量中提取非均匀再电离信号。如果再电离是不均匀的，那么复合的光学深度将是天空中位置的函数τ（n）。tau（n）的各向异性通过几种物理机制改变了所观察到的CMB的统计数据：最后散射表面的屏蔽，通过再电离气泡的汤姆逊散射产生新的极化，以及动力学Sunyaev-Zel'dovich效应。我们构造了一个二次估计的模式的τ场。该估计器以噪声图的形式将斑片状再电离信号与CMB分离，该噪声图可以与再电离的其他探针交叉相关或用作独立探针。未来的卫星实验具有足够的灵敏度和分辨率来测量大部分天空中的透镜B模式，可以将片状再电离的关键参数限制在~10%的水平，例如片状时期的持续时间或平均气泡半径。
2009-02-09 astro-ph
The Optical Depth to Reionization as a Probe of Cosmological and Astrophysical Parameters
目前高红移吸收线系统的数据表明，氢再电离发生在红移约5。先前关于第一颗恒星或类星体再电离的研究表明，这种情况是由大量的宇宙学和天体物理学参数描述的。在这里，我们采用了半解析模型的恒星再电离，以量化的光学深度再电离取决于这些参数，并结合这与约束条件的宇宙微波背景（CMB）。我们发现这种方法是特别有用的，在减轻公知的退化CMB参数提取之间的光学深度再电离和原始功率谱的振幅，由于再电离模型的互补信息。我们还研究翻译的独立限制天体物理参数的宇宙学参数，或相反，如何提高宇宙学参数的测定将约束天体物理学的未知数。
2000-03-14 astro-ph
Cosmic Microwave Background Polarization and reionization: constraining models with a double reionization
如果再电离比z ~ 6-8处的单一跃迁更复杂，则高z类星体周围的中性氢和光学深度τ ~ 0.17可以调和。追踪它的细节可以为第一批辐射源提供新的线索。在这里，我们将讨论如何通过计划的实验CMB大尺度各向异性和偏振，通过模拟一个实际的数据分析，可以检查这些细节。通过考虑一组Cen（2003）型的双再电离历史，以前的工作尚未考虑的相关类别的模型，我们证实，大角度实验的竞争对手在重建再电离历史的高分辨率。我们还确认，再电离的历史，研究了一个单一的和尖锐的再电离之前，产生一个有偏见的τ，表明这种偏见是通用的。我们进一步发现，我们考虑的模型的偏差的单调趋势，并提出了一个解释的趋势，以及整体偏差。我们还表明，在长寿命的实验中，这样的趋势可以用来区分单和双再电离模式。
2004-12-23 astro-ph
Inhomogeneous reionization and the polarization of the cosmic microwave background
在具有非均匀再电离的宇宙中，电离斑在宇宙微波背景极化各向异性中产生二阶信号。该信号起源于自由电子波动与温度各向异性的四重矩的耦合。我们研究了一个简单的非均匀再电离模型的贡献，并发现从这样一个过程中的信号是低于普朗克勘测任务的可检测的极限。然而，该信号高于来自宇宙方差的基本不确定性极限，因此未来在亚弧分尺度上进行高精度实验的探测是可能的。
1999-10-07 astro-ph
Probing the Reionization History of the Universe using the Cosmic Microwave Background Polarization
最近在红移6.28的SDSS类星体的光谱中发现了一个冈恩-彼得森（GP）槽，这提高了我们探测到宇宙再电离的诱人可能性。然而，小至0.1%的中性部分（氢）足以引起GP槽，因此其检测本身不能排除在更早的时期再电离。宇宙微波背景（CMB）的偏振各向异性为探索宇宙的黑暗时代提供了另一种途径。我们发现，对于大多数模型的约束下，目前的CMB数据和发现的GP槽（显示，再电离发生在z > 6.3），MAP可以检测到再电离签名的偏振功率谱。对电子光学深度的测量的预期1-西格玛误差为约0.03，对该光学深度的值具有弱依赖性。这种对光学深度的约束将允许MAP在6%的原始功率谱的幅度上实现1-sigma误差。经过两年的观测（普朗克观测一年），MAP可以区分一个在红移6.3和20之间部分电离度为50%（6%）的模型，以及一个在红移大于6.3时氢完全中性的模型。普朗克将能够区分不同的再电离历史，即使它们意味着相同的光学深度，以电子散射的CMB光子。
2002-10-12 astro-ph
WMAP 3-year polarization data: Implications for the reionization history
在考虑辐射转移效应和反馈机制计算宇宙再电离历史时，我们发现结构形成的延迟不能完全解释电子光学厚度从WMAP 1到WMAP 3的减小.我们还表明，一个PopIII星团的质量为80钼和一个沉重的拉森初始质量函数具有足够高的电离效率，以占WMAP 3的结果，而在WMAP 1的情况下，更高的恒星质量为1000钼是必需的。
2006-05-16 astro-ph
Measuring $α$ in the Early Universe: CMB Polarization, Reionization and the Fisher Matrix Analysis
我们提出了一个详细的分析，现在和未来的宇宙微波背景的精细结构常数，$α$的值的限制。我们进行了更详细的分析的WMAP第一年的数据，推导出最先进的$α$的约束，并讨论了各种其他问题，如可能的提示运行的光谱指数。我们发现，在95% C. L.那个$0.95 < α_{\text{dec}} / α_0 < 1.02$。设置$dn_S /dlnk=0$，生成$0.94< α_{\text{dec}} / α_0 < 1.01$，如先前报告的。我们发现，较低的$α/ α_0$值使得$d n_S /dlnk = 0$值与数据更兼容。我们还进行了彻底的Fisher矩阵分析（包括温度和偏振，以及$α$和光学深度$τ$），以估计未来的CMB实验将如何能够约束$α$和其他宇宙学参数。我们发现，普朗克数据可以单独约束$τ$的顺序4%的精度，这个约束可以小到1.7%的理想宇宙方差有限的实验。对$α$的约束对于普朗克来说是0.3%的量级，并且原则上可以小到仅使用CMB数据的0.1%-更严格的约束将需要进一步的（非CMB）先验。
2003-09-08 astro-ph
Cosmological constraints from current CMB and SN 1a data: a brute force 8 parameter analysis
我们描述了一个“标准”的8参数开放冷暗物质（CDM）模型从最新的CMB和SN 1a数据的约束。我们的参数是CDM的密度，重子，真空能量和曲率，再电离光学深度，以及标量和张量涨落的归一化和倾斜。我们发现，虽然再电离和重力波的可能性大大削弱了CDM和重子密度，倾斜，哈勃常数和曲率的约束，允许例如一个封闭的宇宙，开放的模型与消失的宇宙学常数仍然强烈不赞成。
1999-02-02 astro-ph
Secondary CMB anisotropies from the kinetic SZ effect
我们提出了一个分析模型，根据以前的工作，解决了宇宙的再电离历史，这使我们能够描述由于动力学SZ效应的二次CMB各向异性的产生。我们考虑到“补丁模式”的再电离（HII泡沫），这些电离区域的互相关，小尺度的物质密度场的波动和塌陷物体的贡献。对于一个开放的宇宙，我们发现，功率谱$l(l+1)C_l/(2π)$表现出高度$10^{-13}$在范围$10^3 < l < 10^6$的平台。我们发现，对于大的波数$l > 10^4$的信号是占主导地位的贡献，从崩溃的晕，而$l < 10^4$，它是由大规模的相关性的HII气泡。这意味着人们不能区分恒星的再电离和类星体驱动的情况，因为电离区域的大小从来不会主导各向异性的行为。此外，次级宇宙微波背景的各向异性来自于大范围的红移（IGM为7.5<z<10，星系晕为0<z<7）。在我们的模型中预期的信号可能会使来自CMB实验（如普朗克）的宇宙学参数估计产生偏差，并且可以被未来的毫米波长干涉仪（例如，ALMA）。
2001-03-06 astro-ph
Reionization Revisited: Secondary CMB Anisotropies and Polarization
二次CMB各向异性和极化提供了一个实验室，研究结构形成的再电离时代。本文研究了轻度非线性大尺度结构中的动力学Sunyaev-Zel'dovich效应，证明了它是微扰Vishniac效应的自然推广。如果气体追踪暗物质到10阶的超密度，正如模拟所预期的那样，这种效应至少可以与弧分尺度下的维什尼亚克效应相媲美。在较小的尺度上，它可以用来研究气体的热历史相关的集群。极化是通过汤姆逊散射的原始四极各向异性，动力学（二阶多普勒）四极各向异性和固有散射四极各向异性。小尺度极化是由这些源的密度和电离调制引起的。这些效应一般产生可比的E和B宇称极化，但在绝热CDM模型中的幅度可以忽略不计（0.001-0.01 uK）。然而，原始和动力学四极杆是今天的观测可比，使零检测的B-极化将设置约束的演变和速度场的一致性。相反，即使在大角度下探测到宇宙学B偏振，也不一定意味着存在重力波或涡旋。对于这些计算，我们开发了一个全天空概括的Limber方程，允许任意的本地角度依赖的源标量和对称的无迹张量场的天空。
2000-02-18 astro-ph
Reionization and the Cosmic Microwave Background
如果用COBE探测到的宇宙微波背景辐射的涨落来归一化一个冷的暗物质主导的宇宙中的原始密度涨落的功率谱，早期再电离很可能导致原始温度涨落在度尺度上的大幅减小。我认为，再电离可能是非高斯的，因为反馈效应。弧分尺度上的二次涨落是探测再散射效率的重要手段。
1994-05-31 astro-ph
Small-Scale Cosmic Microwave Background Polarization from Reionization
本文讨论了低红移下再电离气体散射引起的宇宙微波背景（CMB）偏振的涨落。极化是由原始温度各向异性四极和运动四极的再散射产生的，运动四极是由气体运动横向于视线产生的。我们发现，这两种效应产生相等的E-和B-奇偶偏振，并在一般情况下，几个数量级以下的主要偏振贡献在最后的散射表面E-模式或引力透镜贡献的B-模式在中间红移。这些效应也比B极化低几个数量级，即使在减去高阶相关性之后，也是由于透镜效应，因此太小而不能构成搜索暴胀引力波极化特征的背景。
2002-08-28 astro-ph
Polarization of 21cm Radiation from the Epoch of Reionization
我们考虑的极化的21厘米线辐射的时代的再电离由于两个内在的极化发射和次级机制。我们认为，汤姆逊散射的21厘米四极由再电离宇宙可能会产生最大的影响。21 cm四极子的来源是重子密度涨落和离散\ion{H}{2}区电离分数的涨落。由于汤姆逊散射只产生E型偏振，并且是消色差的，因此原则上可以将其独特的指纹与偏振同步辐射相关的前景分开，而偏振同步辐射不应该与宇宙信号相关。我们估计，泊松波动的\ion{H}{2}地区在年底的再电离（$z_R \sim 6$ -20）产生的亮度温度偏振互相关信号$\sim 0.1 - 0.3 {mK}$的角尺度上的几十弧分。该互相关信号在未来{ \it平方公里阵列}（SKA）的仪器灵敏度范围内，并接近即将到来的{ \it Mileura宽场阵列}（MWA）和{ \it低频阵列}（LOFAR）的灵敏度。
2005-10-10 astro-ph
The Impact of Inhomogeneous Reionization on Cosmic Microwave Background Anisotropy
宇宙中最初形成于红移z = 1100的氢原子在5 < z < 60时被重电离。这种转变很可能是通过部分电离的混合相进行的。我们发展了一种分析方法来计算这种不均匀分布的自由电子的汤姆逊散射对宇宙微波背景（CMB）的影响。我们研究了两种模型的再电离过程，其中之一关联的电离补丁与过密区域的平滑密度场。我们发现所产生的各向异性有一个功率谱的峰值对应的电离区域的程度的角度尺度，并有一个宽度，反映了它们之间的相关性。振幅有相当大的不确定性，这取决于塌陷物体如何有效地恢复周围介质。本文计算了在从高分辨率CMB图确定宇宙学参数时忽略非均匀再电离的影响，发现它可能是系统误差的一个重要来源。
1998-08-04 astro-ph
Polarization of the \lya Halos Around Sources Before Cosmological Reionization
Loeb和Rybicki（1999;论文I）指出，在再电离之前，来自宇宙源的\lya光子的散射可能会在源周围产生相当致密的（$\sim 15''$）\lya晕。对这种晕的观测可以限制中性星系际介质（IGM）的性质，特别是在哈勃流未受扰动的尺度上产生重子和物质的宇宙学密度参数。论文我没有处理这种散射辐射的偏振，但确实表明，这种偏振的程度可能很大。在这封信中，我们报告这些\lya晕的改进计算，现在占辐射场的偏振。偏振是线性的，并且与从源的中心投影的位移相切地定向。偏振度被发现是14%的核心半径，其中的强度已下降到一半的中心值。在强度下降到中心强度的十分之一和百分之一的半径处，它分别上升到32%和45%。在更大的半径处，偏振度进一步上升，渐近地达到60%。如此高的偏振值应该很容易观察到，并提供了在再电离之前围绕源的\lya晕现象的清晰特征。
1999-06-04 astro-ph
CMB Polarization as complementary information to anisotropies
回顾了CMB偏振的起源。特别强调的是宇宙学信息编码在它：原始波动的性质，与通货膨胀范式的连接。洞察到最近的时代也进行了讨论：早期再电离和高红移的物质分布从CMB透镜。
2005-02-24 astro-ph
Early reionization by cosmic strings revisited
利用WMAP测量了CMB的温度各向异性和温度-偏振互相关，结果表明再电离红移为$z \sim 17 \pm 5$。另一方面，对高红移星系的观测表明，在红移$z\sim 6-7$处存在着相当大比例的中性氢。我们表明，宇宙弦的紧张局势以及内，但不远，目前的观测范围内可能会导致早期恒星形成的水平足以解释高再电离红移。
2004-09-24 astro-ph
A very extended reionization epoch ?
最近WMAP卫星对宇宙微波背景（CMB）的交叉温度-偏振功率谱的观测与汤姆逊散射光学厚度τ \approx 0.17的高值相吻合。这个值接近τ= 0.3，这是WMAP团队在参数提取分析中的上限。然而，τ \sim 0.3的模型与当前CMB数据拟合良好，并且在与大尺度结构数据结合时未被显著排除。利用自洽再电离模型，验证了τ \sim为0.3的模型的天体物理可行性。事实证明，目前与星系际介质的热和电离历史有关的各种观测数据都不能排除τ \sim 0.3。一个非常长的再电离时期的可能性可以显着破坏WMAP对关键的宇宙学参数，如哈勃常数，光谱指数的原始波动和振幅的暗物质集群的约束。
2005-09-19 astro-ph
Reionization constraints from five-year WMAP data
我们研究了五年的WMAP数据的再电离的约束，参数化的电离氢的平均分数的演变与主成分，提供了一个完整的基础来描述大规模的E-模式极化的再电离的影响。使用马尔可夫链蒙特卡罗方法，我们发现，由此产生的模型无关的总光学深度的估计是近两倍，以及确定从3年的WMAP数据的估计，与简单的分析，假设瞬时再电离协议。从主成分得到的光学深度的平均值略大于瞬时值;我们发现仅使用大尺度偏振时τ =0.097+/-0.017，而当包括温度数据时τ =0.101+/-0.019。同样，尺度不变的n_s=1谱不再强烈不受WMAP单独。电离历史的较高时刻显示5年数据的改善程度低于光学深度。通过绘制模型的MCMC分析的偏振功率的分布，我们表明，提取大部分剩余的信息的形状的再电离历史的CMB需要更好的测量E-模式偏振的尺度为1 ~10-20。相反，四极和八极极化功率已经被预测为优于给定z<30的任何允许电离历史的宇宙方差，因此更精确的测量将测试Lambda CDM范式。
2008-04-16 astro-ph
Tensor-Induced CMB Temperature-Polarization Correlation in Reionized Universes
在再电离标准冷暗物质模型中，重新研究了具有标度不变谱的张量模诱导的宇宙微波背景的温度-极化关联函数。结果发现，即使在一个有大量再电离的模型中，关联函数的符号在所有角尺度上都是正的。
1999-05-04 astro-ph
WMAP Constraints on varying $α$ and the Promise of Reionization
我们提出了最新的约束精细结构常数的值在从威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）卫星最近的观测解耦的时代。在我们所考虑的模型框架中，在95%置信水平下，解耦时$α$值相对于当前值的正（负）变化现在有界小于2%（6%）。我们指出，存在一个早期的再电离时代建议由上述测量，当更准确的宇宙微波背景极化数据是可用的，导致相当严格的约束。特别是所谓的“再电离凸点”，将对这一目的极为有用。我们发现，$α$上的约束原则上只能是小到仅使用CMB数据的$0.1 %$-更严格的约束将需要进一步（非CMB）的先验。
2003-11-27 astro-ph gr-qc hep-ph
