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
Constraints on Fundamental Cosmological Parameters with Upcoming Redshifted 21 cm Observations
从即将到来的测量与Mileura宽场阵列低频演示器（MWA-LFD）的红移21厘米功率谱的宇宙学参数的约束条件进行预测，假设一个平坦的LCDM宇宙学和星系际介质中的中性氢的再电离发生在z=8的红移以下。我们发现，与MWA-LFD的观测不能约束在这种情况下的基本宇宙学。原则上，一个收集面积增加10倍的类似实验可以对暴胀功率谱的斜率n_s和谱指数的变化α_s提供有用的约束，但这些约束受到警告，即使是很小的再电离贡献也可能与宇宙学信号混淆。除了红移21厘米的信号，我们还包括两个滋扰组件在我们的分析有关的系统学和天体物理前景存在于低频无线电观测。这些成分被发现是很好地从信号中分离，并贡献很小的不确定性（<30%）的宇宙学模型参数的测量值。
2007-02-16 astro-ph
Redshifted 21cm Observations of High Redshift Quasar Proximity Zones
低频无线电阵列的引入预计将彻底改变再电离时代的研究。观测一个大的HII区和周围中性星系间介质（IGM）之间的红移21厘米辐射的对比度将是最简单和最容易解释的特征。然而，已知最高红移的类星体被认为存在于电离的IGM中。本文用半解析模型描述了用i-drop out技术发现的IGM周围类星体（即z~6类星体）的红移21 cm信号。我们认为，虽然z<6.5的类星体似乎位于重叠后的IGM中，但它们仍然可以提供重叠时代后期的有价值的探测，因为光穿过类星体邻近区的时间应该与重叠的持续时间相当。对于32 MHz带通内的红移21 cm观测，我们发现，由于邻近区的存在，减去光谱平滑的前景不会去除光谱特征。这些特征可用于测量IGM再电离后期的中性氢含量。类星体在z~6处的密度现在得到了很好的限制。我们使用测得的类星体光度函数来估计Murchison宽场阵列将观察到的领域中发现高红移类星体的前景。
2008-04-03 astro-ph
The spin temperature and 21cm brightness of the intergalactic medium in the pre-reionization era
我们利用数值流体动力学模拟LCDM宇宙早期结构形成的方法，研究了在z<20时，宇宙再电离时期之前弥散星系际介质（IGM）的自旋温度和21 cm亮度。在没有任何辐射加热的情况下，中性氢原子之间的碰撞可以有效地解耦的自旋温度从CMB只有在密集的迷你晕和细丝。受冲击加热的气体在发射中发光，被吸收中可见的较冷气体包围。在一个温暖的，大部分是中性的IGM的情况下，由早期的迷你类星体的X射线发射产生，21厘米的信号被强烈增强。即使是稍微过密的灯丝现在也会在CMB的照射下发光，这可能使未来的射电阵列能够在再电离之前探测中性氢的分布。
2005-12-21 astro-ph
The Correlation Between Star Formation and 21cm Emission During the Reionization Epoch
再电离被认为是由低质量星系主导的，而对已分辨星系的直接观测只能探测最大质量、最稀有的天体。累积Ly-alpha发射的表面亮度波动（作为恒星形成率的代理）和星系际介质（IGM）中性氢的红移21 cm信号之间的交叉相关性，将直接探测星系中电离光子的产生和IGM再电离之间的因果关系。我们讨论了探测这种未解决的星系的互相关的前景。我们发现，在<10弧分的角尺度上，使用来自太空的宽场近红外成像结合即将到来的Mileura宽场阵列-低频演示器进行检测将是实用的。当中性IGM的红移21厘米观测与Ly-alpha发射的天基近红外成像相结合时，即使使用小孔径光学望远镜（~2米）和中等视场（~10平方度），<3弧分的角尺度上的探测也会受到21厘米信号灵敏度的限制。在大于3角分的尺度上，互相关的测量将受到前景天空相减的精度的限制。
2007-05-13 astro-ph
Fossil records of cosmic reionization in galactic stellar halos
长期以来，银河系恒星晕被认为包含着星系早期动力学和化学演化的化石信息。我们认为，老恒星晕的表面亮度分布包含了再电离对星系早期形成历史的影响。通过假设再电离显着抑制恒星形成的小亚星系团维里化后再电离红移（$z_{\rm reion}$），我们首先数值研究如何从这些亚星系团合并形成的恒星晕的结构和运动学性质取决于$z_{\rm reion}$。然后，我们讨论了银河系恒星晕的可观察到的属性为我们提供了化石记录的再电离的影响，层次形成的晕的基础上，目前的数值模拟结果。我们特别建议，恒星晕的半光半径和它们的表面亮度剖面的斜率包含有用的信息时，在亚星系团的恒星形成显着影响再电离。利用模拟的不同$z_{\rm reion}$模型的银河系恒星晕表面亮度分布，我们还讨论了如何宽场成像研究河外晕将有助于我们阐明宇宙再电离的时代。
2005-05-27 astro-ph
The Theory and Simulation of the 21-cm Background from the Epoch of Reionization
遥远的中性H原子的红移21厘米线提供了宇宙“黑暗时代”和结束它们的再电离时代（“EOR”）的探针。由这条红移线产生的射电连续谱可以在米波的CMB吸收或发射中看到，产生有关宇宙热和电离历史的信息，以及导致星系和大尺度结构形成的原始密度扰动谱。观察这个21厘米的背景是一个巨大的挑战。目前正在开发新一代低频无线电阵列，以寻找这一背景。对这种背景的光谱和各向异性进行精确的理论预测，对于指导和解释未来的观测是必要的，也是相当具有挑战性的。有必要对星系际介质的非均匀再电离进行建模，并确定21 cm跃迁的自旋温度及其随时间和空间的变化，因为它与CMB的温度不同。在这里，我们专注于一些预测的21厘米的背景下，从EOR，基于我们最新的，大规模的模拟补丁再电离。这些模拟是第一次有足够的N体粒子（从50亿到290亿）和辐射转移射线，以解决形成和跟踪电离辐射从数以百万计的矮星系认为负责再电离，下降到10^8 M太阳，在一个足够大的立方体积（90和163同向Mpc的一侧），使波动的21厘米的背景有意义的统计预测。（节略）
2008-06-18 astro-ph
Observing the Reionization Epoch Through 21 Centimeter Radiation
我们通过中性氢21厘米超精细跃迁研究了再电离期的可观测性。我们使用一个高分辨率的宇宙学模拟（包括流体动力学）与快速辐射转移算法一起计算21厘米发射的星系际介质（IGM）在几种不同的再电离模型的演变。结果表明，在重叠期间（在~25 MHz的频率间隔上），IGM的平均亮温从dT_b~25 mK下降到dT_b~ 0.01mK，而小尺度上的均方根亮温起伏从重叠前的~10 mK突然下降到重叠结束时的~ 0.1mK。我们发现，21厘米的观测可以有效地区分模型与一个单一的早期再电离时代的模型与两个不同的再电离事件。
2003-05-05 astro-ph
Possible Detection of Cosmological Reionization Sources
我们比较了哈勃超深场（UDF）和大天文台起源深度巡天（GOODS）中$z\approx6$星系的可用目录与我们以前的理论研究中宇宙学再电离源的预期特性。我们的方法是基于再电离所需的源的平均表面亮度，并依赖于相对较少的待定参数。我们发现，所观察到的平均表面亮度的星系在$z \approx 6$是足够的再电离，只要源是由热的无金属或贫金属的恒星，无论再电离发生在一个短或长的时间间隔的红移。新的观测结果和我们的预测之间的广泛一致性表明，我们可能已经探测到了导致部分甚至全部氢再电离的来源。
2004-06-10 astro-ph
Power Spectrum Sensitivity and the Design of Epoch of Reionization Observatories
观测再电离期（EOR）的最新理论发展集中在红移21 cm发射的功率谱特征上。这些研究已经证明了统计EOR观测的巨大潜力，然而，拟议的低频无线电阵列的灵敏度计算一直高度近似。为宇宙微波背景的干涉测量开发的形式主义可以扩展到三维，以自然地将EOR信号中固有的视线信息结合起来。在本文中，我们演示了如何准确地计算EOR功率谱灵敏度的阵列，并开发的缩放关系，可用于指导EOR观测台的设计。天线分布，天线尺寸和相关器的EOR灵敏度的要求的影响进行了详细说明。
2004-06-29 astro-ph
Hydrogen 2p--2s transition: signals from the epochs of recombination and reionization
我们提出了一种方法来研究的基础上可能观察到的2 p-2s精细结构线的中性氢外的宇宙H { \sc ii}区包类星体和其他电离源的再电离时代。我们表明，在$z \simeq 6.3$观察到的光源的典型参数的强度，这是成比例的H { \sc i}分数，这个信号，具有亮度温度$\simeq 20 μK$的完全中性介质。精细结构线从这个红移是可观察到的$ν\simeq 1 \rm GHz$，我们讨论了前景的检测与几个业务和未来的射电望远镜。我们还计算该信号的特征，从重组的时代：峰值亮度预计是$\simeq 100 μK$，该信号出现在频率范围5-10 MHz。来自复合时代的信号几乎不可能被探测到，因为在这些频率下银河系的辐射非常明亮。
2007-04-10 astro-ph
The Growth of HII Regions During Reionization
最近，人们对星系际介质（IGM）中氢的再电离产生了极大的兴趣。一个主要的悬而未决的问题是，这一事件如何在大规模上进行。受数值模拟的启发，我们开发了一个模型，在再电离时代的HII区域的增长。我们将电离区域与大尺度密度波动相关联，并使用偏移集形式主义来模拟由此产生的尺寸分布。然后，我们考虑的方式来表征电离区域的形态。我们展示了如何构建在中性氢场的波动的功率谱。功率谱包含来自HII区域的明确特征，这些特征应该可以用下一代低频射电望远镜通过调查再电离时代的红移21厘米发射来观察。最后，我们还考虑统计描述超出功率谱，并表明我们的再电离模型定性地改变了中性气体在IGM中的分布。
2004-03-31 astro-ph
Fluctuations in 21cm Emission After Reionization
中性星系间氢的红移21厘米光子发射的波动将为再电离时代提供前所未有的探测。传统观点认为，当再电离完成时，这个21厘米的信号就会消失，这时几乎没有氢原子穿过星系间介质（IGM）的大部分体积。然而，对阻尼Ly-alpha吸收体的观测表明，在所有红移中，中性形式的氢的质量分数都很重要。在这里，我们使用一个物理动机的模型表明，残留的中性气体，局限于密集区域的IGM与高复合率，将产生一个显着的后再电离21厘米信号。我们表明，在这个信号的波动的功率谱将是可检测的第一代的低频观测站在一个信号噪声比，可实现的观测再电离时代。因此，21厘米起伏的统计数据将不仅探测再电离前的IGM，而且探测HII区重叠的整个过程，以及扩散电离IGM的出现。
2007-08-26 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
The bispectrum of redshifted 21-cm fluctuations from the dark ages
宇宙暗期红移21厘米背景中的温度涨落是由气体密度分布的不规则性产生的，然后可以用来确定早期宇宙中密度涨落的统计特性。我们首先推导出最普遍的扩展亮度温度波动的所有可能的空间波动源的第二阶。然后，我们专注于三点统计和计算的角度双谱的亮度温度波动产生之前的时代的氢再电离。为了简单起见，我们忽略红移空间扭曲。我们发现，角分辨率为arcmin的低频射电实验可以很容易地探测到高信噪比的非线性重力产生的非高斯性。因此，双谱为结构形成的引力不稳定性场景提供了一个独特的测试，并可用于测量宇宙学参数。探测在暴胀期间或之后产生的原始非高斯特征更具挑战性，但仍然是可能的。一个只受宇宙方差限制、角分辨率为几角秒的理想实验有可能探测到非线性参数为fNL ~ 1的原始非高斯性。其他来源的错误，如弱透镜和不完美的前景减法可能会严重阻碍检测原始非高斯性，这将有利于使用最佳估计结合层析技术。
2007-03-13 astro-ph
Observable Properties of Cosmological Reionization Sources
最近的证据表明，时代的氢再电离可能已经结束了红移低至z~6的动机，我们考虑的可探测性的来源负责这种再电离。其主要思想是再电离对再电离源的平均表面亮度施加限制。减少模型相关的假设的数量到最低限度，我们讨论了这些源与现有的和计划中的望远镜的可观测性。我们定义了一族模型，其特征在于两个参数：从源的莱曼连续逃逸分数f_c，和星系际介质的团块参数C。最小表面亮度模型对应于两个参数的统一值。我们发现，非电离紫外线连续的再电离源的检测将难以完成发射前的JWST，如果这些源的平均表面亮度接近最小值。然而，如果f_c和C的值更接近实际，那么在JWST之前，HST很可能探测到再电离源，也许是利用前景星系团的引力透镜放大。代替在连续谱中的检测，可以尝试通过窄带成像来检测Lyalpha发射线。目前在z>6的Lyalpha搜索表明，典型的源比矮星系更暗，或者电离光子的逃逸分数远高于50%，因此在电离源周围没有明亮的致密HII区域形成。
2003-09-30 astro-ph
Can the reionization epoch be detected as a global signature in the cosmic background?
宇宙的再电离预计会在天空的光谱中留下一个尖锐的信号。如果再电离发生在5 < z < 20，则由于红移的HI 21-cm线发射，在射电天空中在70 - 240 MHz处应该出现一个特征，伴随着由于氢复合辐射在0.7 - 2.6微米处的光学/近红外中的另一个特征。预期的振幅远高于基本的探测极限，其特征的清晰度可能使其与地球、银河系和河外前景造成的变化区分开来。由于这基本上是对整个天空中出现的信号进行连续测量，因此相对较小的望远镜可能足以在无线电中进行检测。在光学/近红外，空间望远镜需要尽可能低的背景条件，因为实验将受到严格的背景限制。
1999-01-22 astro-ph
Cross-correlation studies as a probe of reionization physics
再电离的过程现在被认为是以一种协调的方式进行的，从包含大部分第三星族恒星的高红移星系发射的紫外光子开始，在它们周围雕刻出电离区域。这一时期的物理学研究可以结合红移21厘米自旋翻转跃迁追踪中性氢气，大质量原始恒星在再电离过程中追踪全球恒星形成率的红外辐射，以及第一颗超新星遗迹中热电子的印记通过Sunyaev-Zel 'dovich效应冷却的宇宙微波背景（CMB）辐射。虽然这些个别的影响和他们的可观察到的签名已被提倡作为再电离历史的探针，在这里，我们展示了这些信号之间的互相关研究可以用来进一步了解物理再电离过程中。互相关研究是有利的，因为可测量的统计量不会以与自关联函数测量的情况相同的方式受到前景和系统效应的影响。我们讨论了使用当前和下一代实验检测各种互相关统计的前景，以及它们捕获的再电离相关信息。
2007-02-09 astro-ph
Light-cone anisotropy in 21cm fluctuations during the epoch of reionization
光在视线上的传播时间的延迟在再电离时期的21厘米亮度波动的功率谱中产生了各向异性。我们表明，当中性氢分数的波动在再电离的后期阶段变得非线性时，光锥各向异性在>50共动Mpc的尺度上变得有序统一。在此期间的密度波动和相关的各向异性所产生的奇特的速度是可以忽略的比较。
2007-04-26 astro-ph
The Difference PDF of 21-cm Fluctuations: A Powerful Statistical Tool for Probing Cosmic Reionization
目前正在建造新一代射电望远镜，目标是通过21厘米谱线追踪红移6-15的氢原子的宇宙分布。这些观测将探测宇宙再电离过程中电离波动引起的大尺度亮度波动。由于噪声和前景发射，很难提取详细的地图，因此努力集中在21厘米波动的统计检测上。在宇宙再电离期间，这些波动是高度非高斯的，因此可以提取更多的信息，而不仅仅是通常考虑的一维函数，即，关联函数。我们计算一个二维函数，如果测量观测将允许更彻底的调查的基本电离源的属性。该函数是两点之间21 cm亮温差的概率分布函数（PDF），作为两点之间距离的函数。虽然标准的关联函数是由一个复杂的混合物的贡献密度和电离波动，我们表明，差异PDF持有的关键，分别测量电离区域的统计特性。
2007-05-22 astro-ph
The Impact of a Percolating IGM on Redshifted 21 cm Observations of Quasar HII Regions
我们评估了不均匀再电离对使用计划中的低频射电望远镜探测高红移类星体周围HII区域的影响。我们的方法是实现一个半数值方案来计算周围的大质量晕在高红移电离区域的三维结构，包括电离的发光类星体的影响。作为我们的分析的一部分，我们简要地对比我们的计划与出版的半数值模型。我们计算模拟21厘米光谱沿视线对高红移类星体，并估计计划默奇森宽场阵列的能力，以检测HII区域的存在。在再电离过程中，由于类星体的影响变得不那么突出，探测的信噪比会随着特征气泡尺寸的增大而下降。然而，类星体会在观测到的21厘米光谱上留下可探测的特征，这与典型的IGM区域不同。在平均氢中性分数为~30%或更高的时期，我们发现在超过50%的情况下，在100小时的积分内，围绕单个类星体的IGM中的中性气体将是可检测的（在5 σ的意义上）。在超过50%的情况下，需要1000小时的积分才能检测到15%的较小中性分数。一个高度显着的检测将是可能的，在只有100小时的堆栈10个较小的3适当的兆秒差距HII地区。全球平均中性分数（）的准确测量<x_HI>将受到单个HII区域的视线之间的系统波动的限制。我们估计的准确性，全球中性分数可以从一个单一的HII区域测量为50%，30%和20%的<x_HI>~ 0.15，0.3和0.5分别。
2008-03-04 astro-ph
Probing non-Gaussian features in the HI distribution at the epoch of reionization
在再电离（EOR）时期的HI分布在很大程度上取决于电离区的大小和分布。在电离区域具有几Mpc量级的共动尺寸的情况下，HI分布的大尺度统计特性由离散电离区域的泊松噪声主导，并且它是高度非高斯的。我们探讨探测再电离的可能性，通过研究这些非高斯功能，使用未来的无线电干涉观测红移21厘米HI辐射。我们开发了一种形式主义的相关性之间的相关性在三个不同的基线和频率的HI波动的双谱测量的vibrations。对于相同频率的可见度，发现该信号与探测HI功率谱的两个可见度相关具有相同的阶数。对于在不同频率下的vibration，我们发现，相关衰减的频率差为1 MHz。这意味着，原则上，从各种污染物中提取HI信号是简单的，这些污染物被认为具有连续谱，并且即使在大的频率分离下也预期是相关的。
2005-02-14 astro-ph
Redshifted 21cm Signatures Around the Highest Redshift Quasars
红移最高的类星体的Ly-alpha吸收光谱表明，它们被巨大的HII区域所包围，大小为几Mpc。这些HII区域周围的中性气体应该会发出超过宇宙微波背景的21厘米辐射，使未来的射电望远镜能够测量这些HII区域的横向范围。在早期，HII区以相对论速度膨胀。因此，由于相对论时间延迟，它们沿视线（通过Ly-alpha吸收）和横向（通过21 cm发射）的测量尺寸应该具有不同的观测值。我们表明，这些尺寸的组合测量将直接约束周围星系际介质（IGM）的中性分数以及类星体的寿命。根据目前z>6的发光类星体的数量，像LOFAR这样的仪器应该在每个视场（半径为11度）检测到>2个红移21厘米的壳层，它们围绕着与SDSS已经发现的一样明亮的活动类星体，每个视场应该检测到>200个不活动类星体的遗迹壳层。我们表明，Ly-alpha光子从类星体是无法加热IGM或耦合的自旋和动力学温度的氢原子超出边缘的HII区域。因此，在高红移类星体周围21厘米辐射中的IGM的探测将测量再电离时期宇宙Ly-alpha背景的存在。
2004-01-26 astro-ph
Characteristic Scales During Reionization
再电离时代的关键观测之一是中性和电离气体的分布。最近，Furlanetto，Zaldarriaga和Hernquist开发了一个简单的分析模型来描述这个时代HII地区的增长。在这里，我们研究了这个模型背后的一些基本简化假设，并以几种重要的方式概括它。该模型预言电离区具有一个明确的特征尺寸R_c，其范围从早期的R_c~1 Mpc到晚期的R_c>10 Mpc。我们表明，R_c主要是由驱动再电离的星系的偏置决定的，因此，这种尺度的测量限制了第一星系的基本性质。另一方面，R_c附近的方差主要由下伏物质功率谱决定。然后我们表明，增加电离效率的大质量星系移动R_c显着更大的规模和减少的重要性重组。这些差异可以通过即将到来的红移21厘米巡天（在大尺度上增加亮度温度波动高达2倍）和宇宙微波背景中小尺度各向异性的测量来观察。最后，我们表明，在星系人口的随机波动，只有扩大气泡的大小分布显着，如果大规模的星系是负责大部分的电离光子。我们认为，这个模型的关键结果是强大的，我们的许多不确定性的再电离过程。
2005-11-23 astro-ph
Detection and extraction of signals from the epoch of reionization using higher order one-point statistics
在早期宇宙中探测到中性氢的红移21厘米辐射，有望对再电离时代（EoR）给出直接的限制。然而，从大几个数量级的前景和噪声中提取宇宙学信号（CS）将是非常具有挑战性的。幸运的是，该信号具有一些将其与前景和噪声区分开的特征，我们建议使用正确的统计数据可以梳理出再电离的特征。我们生成模拟数据立方体模拟低频阵列（LOFAR）EoR实验的输出。这些立方体将银河系和河外前景的真实模型以及噪音与CS的三种不同模拟相结合。我们拟合出在频率方向上平滑的前景，以在每个频带中产生残差图像。我们对这些图像进行去噪，并研究图像中的一点分布作为频率的函数的偏斜度。我们发现，在足够乐观的假设下，我们可以恢复的主要特征的红移演化的偏度在21厘米的信号。我们认为，这些功能中的一些-如在再电离开始下降，随后上升到其后期阶段-可能是通用的，并给我们一个有前途的路线再电离的统计检测。
2009-03-02 astro-ph
The 21 Centimeter Background from the Cosmic Dark Ages: Minihalos and the Intergalactic Medium before Reionization
在Lambda CDM宇宙的宇宙暗时代，微晕（即维里温度T_vir < 10^4 K，质量范围大约在10^4 M_sun到10^8 M_sun之间的晕）中的H原子产生了红移的碰撞泵浦21 cm线辐射背景，可以在相对于宇宙微波背景（CMB）的发射中看到。在此之前，我们使用半解析计算的21厘米的信号从不同的质量和红移和不断变化的质量函数的迷你晕预测的平均亮度温度的21厘米的背景和它的角度波动的个人晕。在这里，我们使用高分辨率的宇宙学N体和流体动力学模拟的结构形成在高红移（z>8），计算的平均亮度温度的背景下，从微晕和星系际介质（IGM）的Ly-alpha辐射泵开始之前。我们发现，来自塌陷、维里化迷你晕中气体的21厘米信号比来自IGM中扩散冲击气体的信号占主导地位。
2006-04-05 astro-ph
The 21 centimeter emission from the reionization epoch: extended and point source foregrounds
来自中性氢的红移21厘米辐射的涨落探测了再电离的时代。我们研究这个信号的可观测性和河外前景射电源的影响。我们使用宇宙学模拟来预测的角度关联函数的强度波动，由于未解决的射电星系，集群无线电晕和遗物和自由的自由发射从星际和星系间介质的频率和角度尺度相关的建议21厘米层析成像。与以前的研究结果一致，在所有尺度上，由于前景源引起的亮温波动都比来自原始21厘米信号的亮温波动大得多。特别是，弥漫的集群无线电发射，这是以前被忽视，提供了最显着的前景污染。然而，我们表明，在尺度θ> 1'的角起伏的贡献是由明亮的前景源的空间聚类占主导地位。如果探测到并去除通量水平S > 0.1 mJy以上的源，则可以去除该过量。因此，有效的源去除可能足以允许在θ> 1弧分时检测到21厘米发射的角波动，而不受河外前景的影响。此外，去除S=0.1 mJy以上的源也将前景波动降低到与尺度θ< 1 arcmin的21 cm信号大致相同的水平。这应该允许在频率空间中减去前景分量，从而可以详细观察再电离的拓扑结构和历史。
2004-02-16 astro-ph
Probing Beyond the Epoch of Hydrogen Reionization with 21 Centimeter Radiation
我们使用数值模拟的氢再电离恒星源的背景下，LCDM宇宙学研究的21（1+z）厘米的无线电信号预计从弥漫星系际介质（IGM）的再电离突破的时代之前，在红移z_ion。详细分析了两种再电离情况：一种是z_ion~13的“早期再电离”情况，与最近WMAP卫星发现的大光学厚度汤姆逊散射相一致，另一种是z_ion~8的“晚期再电离”情况。这些模型的一个一般性预测是，早期产生的恒星产生的Lyalpha光子的背景将足够强烈，足以使星系间的中性氢在“灰色时代”（即z_ion<z<20）的宇宙微波背景下可见。根据再电离突破的红移，用下一代射电望远镜在频率<150 MHz（“早期再电离”情况下低于100 MHz）进行宽波束观测，应能揭示天空亮度温度在5-20 mK（1 sigma）范围内的角度波动，尺度低于5弧分。
2003-08-01 astro-ph
Heating and cooling of the intergalactic medium by resonance photons
在再电离时期，产生了大量的光子，其频率低于氢的莱曼极限。在红移到最近的共振之后，这些光子经历了与原子的多次散射。我们研究这些散射对中性星系际介质（IGM）温度的影响。在Ly_alpha和Ly_gamma频率之间发射的连续光子在被红移到H Ly_alpha或D Ly_beta共振之后加热气体。相比之下，在Ly_gamma和Ly极限频率之间发射的光子产生气体的有效冷却。在再电离之前，氢原子和氦原子的平衡温度约为100 K，这两个相互竞争的过程决定了这一点。与此同时，Ly_beta共振光子使氘与其他物种热解耦，使其温度高达10^4 K。我们的研究结果有重要的后果，宇宙21厘米背景和熵地板的早期IGM，可以影响恒星的形成和再电离。
2007-01-27 astro-ph
21 cm Tomography of the High-Redshift Universe with the Square Kilometer Array
我们讨论的前景“层析成像”的星系际介质（IGM）在高红移使用中性氢的21厘米过渡。现有的观测约束的时代的再电离意味着一个复杂的电离历史，可能需要多代源。21厘米的跃迁提供了一个独特的工具来详细探测这个时代，因为它不受饱和效应的影响，保留了全部的红移信息，并直接探测IGM气体。在红移21厘米谱线上的观测将使人们能够详细地研究再电离的历史和形态。根据第一个光源的特性，它们也可以让我们探测再电离之前的时代，当第一个结构和光源形成时。在弧分比例尺上绘制高信噪比地图将需要大约一平方公里的采集区。
2004-09-22 astro-ph
Cosmic Reionization and the 21-cm signal: Comparison between an analytical model and a simulation
我们测量几个属性的再电离过程和相应的低频21厘米信号与中性氢分布，使用大体积，高分辨率的宇宙再电离模拟。21厘米的信号的亮度温度是通过后处理这个数值模拟与半解析处方。我们的研究扩展到高红移（z ~ 25），其中，除了碰撞耦合，我们的后处理模拟考虑到中性气体的加热由X射线和不均匀的Lya辐射场的影响的不均匀性。与研究充分的情况下，自旋温度被假定为显着大于宇宙微波背景的温度，由于均匀加热的气体由X射线，空间波动的Lya辐射场和X射线强度的影响预测有关的亮度温度在z > 10，在再电离和气体加热的早期阶段。然后将我们模拟的21 cm信号的统计数据与文献中现有的分析模型进行比较，我们发现这些分析模型在z < 10时提供了21 cm功率谱的合理准确描述。这种一致性是有用的，因为分析模型更适合于快速探索与未来21厘米巡天相关的完整天体物理学和宇宙学参数空间。然而，我们发现，不可忽略的差异，可以归因于不均匀的X射线加热和Lya耦合在z > 10的差异，并与即将到来的干涉数据，这些差异的回报可以提供一种方法，以更好地了解再电离过程中的天体物理过程。
2008-08-28 astro-ph
Large-Scale Non-Gaussianities in the 21 cm Background Anisotropies From the Era of Reionization
与中性氢分布有关的21厘米背景亮温涨落提供了与星系际介质从完全中性转变为部分电离时的再电离时代有关的物理探测。我们制定统计的21厘米的亮度温度各向异性的角功率谱，双谱，和三谱。使用三谱，我们估计相关的功率谱测量的协方差，并表明，非高斯性导致的相关性低于百分之一，最多。虽然在弧分尺度分辨率下对21厘米背景的全天观测可以用来测量累积信噪比为几十阶的双谱，但在存在前景和与第一代干涉仪有关的仪器噪声的情况下，这种测量不太可能可行。在大多数情况下，21厘米波动的非高斯性可以忽略，分布可以用高斯统计描述。由于21厘米的波动明显受到前景的污染，如银河同步加速器或低频无线电点源，信号中缺乏明显的非高斯性表明任何明显的非高斯性检测都可能是由于前景。类似地，除了现在提出的将21 cm波动与前景分离的频率信息之外，如果前景的非高斯结构是先验已知的，则可以潜在地使用该附加信息来进一步减少混淆。
2004-11-16 astro-ph
The 21-cm Background from the Cosmic Dark Ages: Minihalos and the Intergalactic Medium before Reionization
在LCDM宇宙的宇宙暗时代，微晕（即维里温度T_vir < 10^4 K，质量范围大约在10^4 M_sun到10^8 M_sun之间的晕）中的H原子产生了红移的碰撞泵浦21 cm线辐射背景，可以在相对于宇宙微波背景（CMB）的发射中看到。在此之前，我们使用半解析计算的21厘米的信号从不同的质量和红移和不断变化的质量函数的迷你晕预测的平均亮度温度的21厘米的背景和它的角度波动的个人晕。在这里，我们使用高分辨率的宇宙学N体和流体动力学模拟的结构形成在高红移（z > 8），计算的平均亮度温度的背景下，从微晕和星系际介质（IGM）的Ly-alpha辐射泵开始之前。我们发现，21厘米的信号，从气体在崩溃，维里化的minihalos占主导地位，从扩散冲击气体在IGM。
2005-09-21 astro-ph
HI Signal from Reionization Epoch
研究了氢原子红移谱线再电离期的全天信号。在软X射线中，根据Lyman-$α$与电离通量的比值和辐射光谱，可以在发射和吸收两种情况下观察到HI。我们还计算了再电离前时期的信号，并表明在宇宙学参数的不确定性，它是相当强大的。HI信号的主要特征可以概括为：（a）在对$ν\simeq 10\hbox{--}40 \rm MHz$的吸收中可以看到预电离的HI;最大信号强度为$\simeq 70\hbox{--}100 \rm mK$。(b)在$\simeq 50 \hbox{--}100 \rm MHz$频率范围内，可以观察到宽度为$\la 5 \rm MHz$的尖锐吸收特征，这取决于再电离历史。信号的强度与Lyman-$α$和氢电离通量的比率以及软X射线中辐射场的光谱指数成比例。（c）在较大的频率下，在发射中看到HI，其峰值频率在$60\hbox{--}100 \rm MHz$之间，这取决于宇宙的电离历史;该信号的峰值强度为$\simeq 50 \rm mK$。从Fisher矩阵分析，我们计算精度，模型的参数可以从未来的实验估计：（a）预再电离信号可以约束$Ω_b h^2$ - $Ω_m h^2$平面中的区域（b）在发射中观察到的HI可以用于给出宇宙中电离分数的演化的精确的$\la 1 %$测量，（c）从吸收到发射的过渡区可以用作电离源光谱的探测器;特别地，在该区域中的HI信号可以给出被软…
2005-08-06 astro-ph
