Photoelectric Emission from Dust Grains Exposed to Extreme Ultraviolet and X-ray Radiation
粉尘的光电发射在谷物的充电和气体加热中起着重要的作用。迄今为止,这些过程的详细模型主要集中在暴露于软辐射场的晶粒上。我们提供了新的估计的光电产额为中性和带电的碳质和硅酸盐颗粒,光子能量超过20 eV。我们包括电子从材料的能带结构和组成原子的内壳层的喷射,以及俄歇和次级电子发射。我们应用这个模型来估计行星状星云中的气体加热率和宽吸收线类星体外流中的颗粒电荷。对于这些应用,二次发射可以忽略不计;内壳层和俄歇发射的组合效应很小,但并不总是可以忽略不计。最后,我们研究了类星体外流中携带的尘埃的生存能力。宽吸收线类星体中核红化的缺乏可以用外流中颗粒的溅射来解释。
2006-01-13 astro-ph
Heating the intergalactic medium by radiative decay of neutrinos
假设在星系团中存在一种重无菌中微子($m_ν>1$ keV),并且它们的衰变可以作为热气体的热源,我们研究了观测对冷却流的约束如何限制这些无菌中微子的质量。我们预测的光度之间的关系,总质量和红移的集群,我们比较这种关系与数据从12个集群,以获得估计的衰变率的不育中微子。
2006-09-20 astro-ph
Heating of the intergalactic medium due to structure formation
我们估计加热的星系际介质由于冲击所产生的结构形成。在这里,借助于Zel'dovich近似,考虑了具有小超密度(${n_b \over {\bar n_b}}\ll 200$)的坍缩区之外的气体的加热。我们估计这种气体的状态方程,与其温度的密度,其演变的时间,考虑到冲击加热由于一个$σ$密度峰值是最主要的。我们还估计了气体的质量分数高于一个给定的温度作为红移的函数。我们发现在$z=0$的$10^6$ K以上的重子分数是$\sim 10 %$。我们估计综合的Sunyaev-Zel'dovich畸变从这个气体在目前的时代是$10^{-6}$的顺序。
2001-07-20 astro-ph
Compton Heating of the Intergalactic Medium by the Hard X-ray Background
冷暗物质主导的宇宙学中的Ly-alpha森林的高分辨率流体动力学模拟似乎预测线宽比观察到的要窄得多。在这里,我们指出,康普顿加热星系际气体的硬X射线背景(XRB),在所有以前的调查中被忽视的效果,可能有助于解决这个矛盾。如果XRB的能量密度比给定时期的紫外背景能量密度高0.2倍,则康普顿散射的热能增益率将超过氢光电离的能量输入<epsilon>,其中x是氢中性部分,单位为1 e-6,是<epsilon>X射线光子的平均能量,单位为m_ec^2。对含时速率方程的数值积分表明,在流行的河外背景辐射红移演化模型中,在z>3时,星系际介质的温度接近1.5e4 K。康普顿加热的重要性可以通过测量Ly-alpha线宽分布作为红移的函数进行实验测试,因此Lyman-alpha森林可以提供一个有用的探针的XRB在高红移的演变。
1999-03-15 astro-ph
Photoelectric effect on dust grains across the L1721 cloud in the rho Ophiuchi molecular complex
我们提出的ISO-LWS测量的主要气体冷却线,C+ 158妈妈和O 63妈妈对一个中等不透明的分子云(Av=3),L1721,照亮的B2星努斯科(X = 5-10)。这些数据相结合的消光图和IRAS尘埃排放图像,以测试我们的理解气体加热和冷却的光解离区域(PDR)。这附近的PDR在IRAS图像中是空间分辨的;整个云的IRAS颜色的变化表明PDR内小尘埃颗粒的丰度增加。气体冷却线和小尘埃颗粒的红外发射之间的空间相关性说明了小尘埃颗粒通过光电效应在气体加热中的主导作用。通过对气体和小尘埃颗粒辐射的功率进行比例计算,从观测结果中确定的光电效率在2%至3%的范围内,与最近的理论估计非常一致。整个PDR中的C+ 158妈妈和O 63妈妈线的亮度分布进行了比较与模型计算的密度分布的消光数据的约束和气体的化学和热平衡,解决在每个位置。我们表明,整个PDR的小尘埃颗粒的丰度变化必须考虑到LWS的观测。
2001-04-09 astro-ph
Heating of Intergalactic Gas and Cluster Scaling Relations
星系群和星系团的X射线观测结果与最简单的分层聚类模型的预测不一致,其中非重子和重子成分在重力的唯一影响下聚集在一起。这些偏离是指星系际介质比预期的更热,更长,并且在质量较小的系统中变得越来越强。我通过构建标准化高温集群和数值模拟观测的流体静力学多方模型的基线序列来模拟这些效应,然后通过在集群中心添加禁止的每个粒子的热量来转换它们。我目前的序列与此加热参数的普遍价值,同时再现最近发表的观察(气体和总引力)的质量温度和熵温度的关系。所需的能量注入量是一致的超新星的数量上的限制,需要考虑到观察到的集群内硅丰度,只要能量注入集中。我认为,大部分的加热过程中或之后发生的集群的组装,而不是完全在前坍缩原集群碎片。
1999-10-14 astro-ph
On the supernovae heating of intergalactic medium
我们目前的估计能量输入超新星(SNe)到星系际介质使用(i)最近测量的硅和铁丰度在星系团内介质(ICM)和(ii)自洽的气体动力学星系形成模拟,包括冷却过程,恒星形成,SNe反馈,和多相模型的星际介质。我们使用两种不同的假设来估计观测丰度的能量输入:(i)ICM中金属丰度的空间均匀性和(ii)径向丰度梯度。我们表明,这两种情况下导致的能量输入估计是不同的数量级,突出了大规模的丰度梯度集群观测数据的需要。对星系形成结果的分析和对观测到的Fe和Si丰度的估计表明,只有当ICM丰度均匀并且SN爆炸对气体加热的效率接近100%(这意味着爆炸的所有初始动能都用于加热ICM)时,SNe能量输入才能对加热整个ICM(每个粒子提供约1 keV的能量)起重要作用。我们的结论是,除非这些最有利的条件得到满足,SNe单独是不可能提供足够的能量输入,以加热所有的集群ICM,可能需要补充,甚至取代一些其他的加热过程(ES)。(节录)
2000-04-24 astro-ph
Heating of the Hot Intergalactic Medium by Powerful Radio Galaxies and Associated High Energy Gamma-Ray Emission
越来越多的证据表明,除了引力激波加热之外,一些加热机制对星系团和星系群内的热气体也很重要,正如它们观测到的X射线标度特性所表明的那样。虽然超新星是最明显的候选热源,但最近的一些研究表明,它们的能量可能不足。在这里,我们考虑高功率,FRII射电星系和冲击加热的团内介质(ICM,包括星系际介质之前的情况下,团簇形成)由他们的大尺度喷流。根据观测到的星系团中射电星系的统计及其演化,在最合理的假设下,表明它们能为ICM提供1- 2 keV/粒子的超额比能,主要是在红移区间$z \sim 1-3$。这自然符合要求的集群演化模型与非引力反馈占观测到的偏差的X射线光度-温度关系。与超新星相反,这种大规模的喷流将能量直接沉积到星系外的低密度ICM中,并且不太容易受到辐射损失的影响。作为一个明确的和潜在的决定性的测试,这种情况下,我们建议的观测“提示”高能伽马射线发射的冲击加速,非热电子在ICM加热的射电星系,这可能是可行的{ \it GLAST}卫星的时代。最近检测到的过量的硬X射线组的影响进行了讨论。
2001-08-01 astro-ph
Intergalactic medium heating by dark matter
本文推导了无菌中微子和轻暗物质粒子在星系际介质中的能量沉积随暗物质衰变/湮灭的演化关系。在z > 200时,惰性中微子将其静止质量能量的一部分f_abs~0.5转移到IGM中;在较低的红移下,根据粒子质量,这一部分变为<~ 0.3。LDM粒子可以衰变或湮灭。在这两种情况下,f_abs在高(> 300)红移时约为0.4-0.9,在z=100以下下降到约0.1。这些结果表明,DM衰变/湮灭的IGM热和电离历史的影响是不那么重要的比以前认为的。我们发现,无菌中微子(LDM)衰变能够提高IGM温度z=5,最多可达4K(100 K),约50-200倍,低于基于能量完全转移到气体的假设的估计。
2006-12-12 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
Keeping the Universe ionised: Photo-heating and the clumping factor of the high-redshift intergalactic medium
维持星系际氢离子化所需的临界恒星形成率密度,主要取决于星系际介质(IGM)中再结合的平均速率。这个速率与聚集因子C = <rho_b^2> / avg(rho_b)^2成正比,其中rho_b和avg(rho_b)分别是局域和宇宙平均重子密度,括号< >表示IGM中重组气体的空间平均值。我们进行了一套宇宙学的光滑粒子流体动力学模拟,包括辐射冷却计算的体积加权聚集因子的IGM在红移z >= 6。我们专注于由均匀的紫外背景的光致电离加热的效果,并发现,光致加热强烈地降低了结块因子,因为增加的压力支持平滑了小规模的密度波动。光致电离加热通常被认为对IGM的再电离提供了负反馈,因为它通过将气体从低质量晕中沸腾出来来抑制宇宙恒星的形成速率。然而,由于聚集因子的降低,它也使得更容易保持IGM电离。因此,光加热也提供了正反馈,虽然已知存在,但受到的关注要少得多。我们证明,这种积极的反馈实际上是非常强大的。使用保守的假设,我们发现,如果IGM在z >~ 9时被再加热,那么在z = 6时观测到的恒星形成星系的数量可能足以使IGM保持电离状态,前提是逃离恒星形成区域电离IGM的电离光子的比例大于0.2。
2009-01-10 astro-ph
21-cm Tomography of the Intergalactic Medium at High Redshift
我们研究了在完全再电离(z>5)之前可能来自星系际介质(IGM)的21 cm签名。在IGM被离散的光致电离辐射源再电离的情况下,尚未被H II区吞没的中性气体可能很容易被预热到远高于宇宙背景辐射(CBR)的温度,从而使IGM在CBR的吸收中不可见。我们确定了三种可能的预热机制:(1)来自类星体的软X射线的光电加热,(2)来自早期星系晕的软X射线的光电加热,和(3)来自早期恒星的连续紫外辐射的共振散射。在存在足够强的莱曼α光子的环境通量的情况下,在加热的H I中的超精细跃迁将被激发。一个光束差分实验将检测到一个拼凑的发射,无论是在频率和角度横跨天空。这种拼凑可以作为理解宇宙再电离的时代,性质和来源及其对宇宙学的影响的宝贵工具。我们证明,孤立的类星体将产生可检测的信号在米波长内的“影响范围”,他们温暖的IGM。由于热氢泡发射的红移21厘米辐射,河外射电背景谱将显示速度宽度达10,000公里/秒的频率结构。宽波束观测将揭示天空强度中相应的角度波动,(Δ T/T)= 1 E-3度尺度。在不久的将来,使用巨型米波射电望远镜进行的235和150 MHz附近的射电测量可能会首次探测到5<z<10的中性IGM。
1996-08-01 astro-ph
Heating and Ionization of the Intergalactic Medium by an Early X-Ray Background
观测研究表明,星系际介质(IGM)是高度电离的,红移刚刚超过6。已经开发了许多模型来描述再电离过程和来自第一个发光物体的电离光子的影响。在本文中,我们研究了X射线背景,如早期类星体的高能光子,对IGM的温度和电离的再电离之前,完全电离的气泡与个别来源重叠之前的影响。相对于EUV光子具有大的平均自由程的X射线及其光电子可以对热和电离平衡具有显著影响。我们发现氢的电离主要是中性氦的X射线光电离和由此产生的次级电子。因此,IGM在完全再电离之前可能是温暖的和弱电离的。我们研究了几个相关的后果,包括过滤的重子金斯质量标度,在宇宙微波背景的签名,和H $^{-}$催化生产的分子氢。
2001-08-09 astro-ph
Heating of the Intergalactic Medium by Primordial Miniquasars
一个简单的分析模型被用来计算X射线加热的IGM范围内的黑洞质量。这个过程是有效的,足以解耦星系际介质的自旋温度从宇宙微波背景(CMB)温度和产生的差异亮度温度的顺序为$\sim 5-20 \mathrm{mK}$的距离大到几个共同移动的Mpc,取决于红移,黑洞质量和寿命。我们探讨了两种类型的黑洞的影响,那些电离紫外线辐射和不。简单的分析模型的结果进行了比较,一个完整的球对称辐射转移代码。提出了宇宙中黑洞质量密度形成和演化的两个简单方案。第一个考虑的是一个中等质量的黑洞,形成的最终产品的人口III恒星,而第二个考虑超大质量的黑洞,形成直接通过崩溃的大规模晕低自旋参数。这些方案不违反任何观测约束,但产生足够的X射线光子解耦的自旋温度的CMB。这是未来高红移21厘米观测的一个重要问题。
2006-11-30 astro-ph
The evolution of a pre-heated Intergalactic Medium
我们分析了星系际介质(IGM)的演变,通过一套扩展的大盒子大小的流体动力学模拟,其中包括预热。我们着重讨论z~2 Lyman-alpha森林的性质以及z=0时星系团和星系群的布居。我们调查中的莱曼α通量和熵的星系群的温度关系的空洞的分布,比较模拟结果,从高分辨率的类星体光谱和X射线观测的最新数据。预热是通过一个简单的唯象公式来实现的,其中在z=4时,所有气体粒子的熵,其过密度超过阈值delta_h,增加到最小值K_fl。而在星系群中心区域观察到的熵水平需要相当强的预热,K_fl>100 keV cm ^2,莱曼-α森林的空隙统计学要求这种预热应该只发生在相对高密度的区域,以便不破坏产生森林的冷细丝。我们的结论是,任何注入的非引力能量的扩散重子应避免低密度区在高红移和/或发生在相对较低的红移。
2008-10-18 astro-ph
On the Importance of Local Sources of Radiation in Cosmological Absorption Systems
上限的重要性,当地的辐射源相比,在宇宙学吸收系统的宇宙背景的推导,作为一个简单的结果,表面亮度的守恒。该极限仅取决于吸收体的入射率和辐射的平均自由程。发现在z>2的莱曼极限系统中,局域源的电离辐射强度一般小于宇宙本底辐射强度的一半。在柱密度远低于莱曼极限系统的吸收体中,局部源的贡献必须可以忽略不计。然后将局部源与背景强度之比的限制应用于具有可检测的激发CII线的阻尼Lya吸收系统类。Wolfe等人已经测量了这些系统中气体的冷却速率,他假设平衡热源是通过~ 1500 A的光对灰尘进行光电加热。在这类阻尼Lya系统中,在这一波长下的局部恒星形成强度最多为背景强度的3倍。如果加热源确实是尘埃的光电加热,则可以从吸收器中测量的平均冷却速率估计与阻尼Lya系统相关的源所产生的背景。目前的结果产生的背景强度高于以前的估计的基础上观察到的星系和类星体光度函数,虽然有很大的不确定性。应探讨其他加热源的可能性,如湍流介质中的激波加热。
2004-10-13 astro-ph
Amount of intergalactic dust: constraints from distant supernovae and thermal history of intergalactic medium
本文研究了星系际尘埃的允许量,它受到遥远SNe的消光和红化以及尘埃光电加热对星系际介质热历史的影响。基于观测到的宇宙恒星形成历史,我们发现了IG尘埃与宇宙中总金属的质量比$χ$的一个上界,即$10 {\rm Å} \la a \la 0.1 \micron$的$χ\la 0.1$和$0.1 \micron\la a\la1\micron$的$χ\la 0.1(a/0.1 \micron)^{-1}$,其中$a$是IG尘埃的特征粒度。这个$χ\sim0.1$的上限表明,IGM中的尘埃与金属的比率小于当前银河系的值。相应的IG尘埃的允许密度从$z=0$的$\sim10^{-34}$ g cm $^{-3}$增加到$z\sim1$的$\sim10^{-33}$ g cm $^{-3}$,并几乎保持在较高的红移值。对于$z\sim 1$源,这会导致观测者$B$波段的$\la 0.2$等的IG消光,而对于更高红移的源,则会导致$\la 1$等的IG消光。此外,如果探测到观测者坐标系中$z\ga1$源的$E(B-V)\sim 0.1$ mag,我们可以得出结论,IG尘埃的典型尺寸是$\la 100$ μ。在观测到的$E(B-V)$作为源红移的函数的图中,小石墨的2175 nm吸收特征可以被发现为在$z\sim2.5$处的局部最小值。最后,如果IG尘埃的大小是$\la100$,那么$z\la1$…
2004-01-30 astro-ph
Astrophysics of Dust in Cold Clouds
九个讲座回顾星际云中尘埃的天体物理学。主题包括:(1)关于星际尘埃的观测证据摘要:宽带消光、星光散射、星光偏振、尘埃光谱、红外和远红外辐射以及颗粒形成元素的损耗。(2)星际尘埃颗粒的光学:非导电和导电材料的介电函数,计算技术,在瑞利极限有效的公式,Kramers-Kronig关系,微波发射机制和X射线散射。(3)红外和远红外发射:星际尘埃的加热,包括单光子加热,以及由此产生的红外发射光谱。(4)尘埃粒子的充电:碰撞充电,光电发射,以及由此产生的电荷分布函数。(5)动力学:气体阻力、洛伦兹力、各向异性辐射力以及由此产生的漂移速度。(6)转动动力学:布朗转动、超热转动和星光力矩的影响。(7)星际尘埃的排列:观测与理论。(8)颗粒群的演化:外流中的尘埃形成,ISM中的颗粒生长,光解吸,以及冲击波中的颗粒破坏。(9)尘埃颗粒的影响:光电加热、H2形成、离子复合、气体与磁场的耦合以及作为磁场方向指示器的尘埃颗粒。
2003-04-28 astro-ph
Can Cosmic Rays Heat the Intergalactic Medium?
早期恒星形成星系中的超新星爆炸会加速宇宙射线(CR)。CR通常在逃逸到星系际介质(IGM)之前被限制在坍缩的物体中很短的一段时间。银河系外流可以通过平流将CR带入IGM来促进这种逃逸。导致终止激波的外流也可以产生更多的CR。我们表明,CR质子从上述过程中可以显着影响IGM的热历史。在合理的参数范围内,宇宙射线加热可以补偿绝热冷却,并解释测量的IGM温度在红移z 2至4之间,即使早期再电离。
2005-05-30 astro-ph
Three-dimensional photoionisation modelling of the hydrogen-deficient knots in the planetary nebula Abell 30
我们用三维蒙特卡罗程序MOCASSIN对Abell 30行星状星云的一个缺氢结(J3)建立了一个光电离模型。该模型由球形结组成,包括一个寒冷,致密,缺氢的核心,具有非常高的金属丰度。内核被密度较低的贫氢和富含金属的气体包层包围,丰度较低。结的外壳可能是由结的物质与周围的星云气体混合而形成的。这种双化学、双密度模型没有产生足够的热量来匹配在结的光谱中观察到的碰撞激发发射线(CEL)和光学复合线(ORL)的通量。因此,我们在热平衡计算中包括了尘埃颗粒的光电发射加热,并发现尘埃与气体的质量比分别为0.077和0.107的结的中心核心和信封,足以拟合光谱。令人惊讶的是,来自谷物的光电发射是结的热包层中加热的主要来源,而氦和重元素的光电离加热在冷核中占主导地位。从我们的模型中推断出的化学丰度表明,与Wesson等人(2003)的经验分析相一致,结的两个区域的C/O比小于1,与理论预测的复返星云相反。
2003-06-11 astro-ph
Measuring Feedback Using the Intergalactic Medium State and Evolution Inferred from the Soft X-ray Background
我们探讨了星系际介质(IGM)作为未分辨软X射线背景(XRB)的潜在来源以及从XRB观测中提取IGM状态和演化的可行性。我们建立了两个解析模型,即连续场模型和晕模型,计算了IGM XRB的平均通量、角自相关和与星系的互相关。我们的研究结果表明,IGM可能有助于未解决的软XRB流量和相关性的显着部分。我们校准非高斯误差估计对我们的$512^3$移动网格水力模拟和估计,ROSAT的所有天空调查加上斯隆星系光度红移调查将允许$\sim 10%$的精度在IGM XRB-星系互相关功率谱测量$800<l<5000$和$\sim 20%$的精度在红移解决X射线发射率-星系互相关功率谱测量$z\lesssim 0.5$。在小尺度下,非引力加热(例如反馈)在重力上占主导地位,并在IGM XRB中留下独特的签名,这使得在测量非引力加热量和非引力能量平衡重力的长度尺度时具有相当的精度。
2003-02-05 astro-ph
The Scattering of Lyman-series Photons in the Intergalactic Medium
我们重新研究了星系际介质(IGM)中莱曼α共振附近的光子散射。我们首先推导出了在忽略自旋扩散系数的情况下共振态周围辐射场的一般积分解。我们的解决方案明确表明,反冲源的吸收功能,其幅度增加的相对重要性反冲相比,多普勒展宽。这个光谱依赖于莱曼-α谱线的轮廓,但是只要IGM中T<1000 K,用适合于自然加宽的洛伦兹翼的吸收轮廓来近似它,就能准确地再现完整的Voigt轮廓的结果。这种近似使我们能够获得简单的解析公式的总散射率的莱曼α光子和伴随的能量交换率。我们的幂级数解决方案迅速收敛的光子,红移到莱曼α共振,以及光子注入线中心。我们确认以前的计算表明,通过这种机制加热是相当缓慢的,可能可以忽略不计相比,其他来源。然后,我们表明,在散射的高阶莱曼系光子的能量交换可以比天真地预测反冲参数更重要。然而,由此产生的热量仍然完全可以忽略不计。
2006-05-26 astro-ph
The temperature structure of dusty planetary nebulae
本文分析了行星状星云光电离模型中尘埃粒子的光电加热效应。我们已经证明,如果行星状星云中含有大量的小颗粒,这个过程就显得尤为重要。这些颗粒的存在将解决一些迄今尚未找到令人满意的解决办法的问题:i)从特制的光电离模型推断出的某些天体的热能不足; ii)直接从空间分辨观测和间接从某些行星状星云的积分光谱推断出的大的负温度梯度; iii)由巴耳末跳跃得到的温度小于由[O III] 4363/5007得到的温度; iv)观察到的[O I] 6300的强度通常大于光电离模型预测的强度。在存在中等密度不均匀性的情况下,例如从行星状星云的高分辨率图像中推断,光电加热将提高稀薄成分的温度,从而更好地限制团块。这种尘埃星云和星云的温度结构将解决Peimbert(1967,ApJ,150,825)提出的长期存在的温度波动问题。
2001-10-28 astro-ph
Temperature fluctuations in the intergalactic medium
低密度星系际介质的温度是由宇宙膨胀导致的绝热冷却和紫外背景光加热之间的平衡决定的。我们用小波分析了11个高分辨率类星体光谱的莱曼α森林,发现了强有力的证据,表明在红移z=3.3附近,平均密度T_0为60%时,温度有明显的跳跃,我们将其归因于氦II的再电离。在我们所有三个跨越红移3.3的光谱中都可以看到这种跳跃,其显著性为99%。在z=3.1以下,我们的结果与宇宙的平稳冷却一致,正如我们所预期的那样,当绝热膨胀超过来自类星体和星系的紫外背景光加热时。我们没有发现任何证据的热波动的尺度大于5000公里/秒大于50%,这可以通过我们的方法检测到,这表明IGM遵循一个合理的定义良好的温度-密度关系。我们证明了平均子波振幅与T_0成反比,并用流体动力学模拟校准了这种关系。当z>3.6时,T_0= 12000 K。如此高的温度表明氢再电离发生在相对较近的时期。
2002-01-30 astro-ph
Metal Enrichment and Temperature of the Intergalactic Medium
基于从头算宇宙学模型的莱曼α云的流体动力学模拟产生了与观测结果广泛一致的结果。然而,进一步的分析表明,随着数值分辨率的逐渐提高,模拟的莱曼α云的中值或截止线宽度(即多普勒参数)似乎收敛到一个明显低于z~3处观察到的值(约为1.5倍)。这些收敛测试模拟不包括来自恒星形成的反馈。鉴于观测到的莱曼α云的金属丰度,我们认为,超新星,这可能是污染的IGM与金属,可能已经沉积了足够的能量在IGM调和的理论与观测。简单的论证立刻将污染的红移范围缩小到4< z_{dep} <9。似乎可以肯定的是,总质量在10^{6.5-9.0}Msun范围内的矮星系和次矮星系必须对污染负责。此外,如果宇宙中z=3的平均金属丰度高达=0.01Zsun,那么这些早期矮星系要么是非常有效的恒星形成,要么是非常高的金属产额<Z>。最后,假设特定的超新星加热能量与气体的金属丰度成正比,我们注意到,如果星系团内气体所需的加热不超过1 keV/粒子,那么这里提出的图像与超新星是星系团内气体显然需要的加热源是一致的。
2000-10-31 astro-ph
Did Cosmic Rays Reionize the Intergalactic Medium?
研究了年轻星系的宇宙射线在高红移星系际介质加热和电离中的作用。利用$60 μm$的IRAS观测资料,我们估算了宇宙线的光度密度。我们考虑了不同形式的红移光度演化,计算了(a)Gunn-Peterson光学厚度上限对应的阈值,(b)由宇宙射线加热的IGM的康普顿$y$参数,并与COBE测量的上限进行了比较,(c)由金属富集积分估计的极限。我们表明,某些模型,具有相当强的演化和早期形成的星系,允许再电离的IGM,符合所有已知的限制。
1993-06-02 astro-ph
Detection of the Entropy of the Intergalactic Medium: Accretion Shocks in Clusters, Adiabatic Cores in Groups
星系团中弥漫的X射线发射气体的热力学与星系团内部介质的熵水平有关。特别是,模型,成功地再现本地X射线集群和集团的属性需要存在的最小值的熵在X射线晕的中心。这种最小熵很可能是由非引力过程产生的,目的是为了产生所观察到的X射线晕标度关系自相似性的突破。目前,人们对这种过剩熵的水平、来源和时间演化还没有达成共识。在本文中,我们描述了一种策略来调查的物理加热过程中的团体和集群。我们发现,从本地数据中提取信息的最佳方法是在附近的X射线晕(z~0.1)的大半径处观察熵分布,无论是在集群质量尺度的上限还是下限。这种X射线晕的空间和光谱分辨观测提供了关于加热机制的信息。我们演示了如何测量的大小的恒定熵(绝热)核心的集群和组可以直接约束加热模型,和最小熵值。我们还考虑了两个具体的实验:在丰富的集群维里边界的冲击波的检测,和检测的等熵,低表面亮度的发射延伸到半径大于维里的低质量的集群和团体。这种观测将是对星系团物理学和非引力过程与星系际介质热力学关系的重要探索。
2000-06-19 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
Impact of dark matter on reionization and heating
推导了不同衰变(或湮灭)暗物质(DM)候选者在星系际介质(IGM)中能量沉积的演化。重湮灭DM粒子(质量大于几个GeV)对再电离和加热没有影响,即使我们假设湮灭所发射的所有能量都被IGM吸收。在较轻的粒子的情况下,对再电离和加热的影响取决于IGM的能量吸收效率。我们计算了IGM有效吸收的衰变和湮灭产生的能量的分数。我们发现这个分数在非常高的红移(>>100)时通常很高,但在最近的时期下降。
2007-01-24 astro-ph
Heating of the IGM
使用宇宙维里定理,Press-Schechter分析和数值模拟,我们计算预期的X射线背景(XRB)从弥漫IGM与聚集因子预期从引力激波加热。预测通量和温度被排除在观测XRB之外。通过熵注入可以减少预测的聚集。所需的能量计算从两点关联函数,以及从Press-Schechter形式主义。1 keV/核子的最小能量注入排除了辐射或引力加热作为主要能源。我们认为,星系际介质(IGM)必须通过激烈的过程,如大规模超新星爆发加热。如果加热是通过超新星爆炸进行的,那么它很可能是在爆发中进行的,这在高红移超新星搜索中可以观察到。在我们的模型中,我们重现观察到的集群亮度与温度的关系与能量注入1 keV/核子,如果这种注入被假定为是不相关的局部密度。这些参数预测,扩散IGM软XRB具有约1 keV的温度和接近10 keV/cm^2 s str keV的通量,这可能在不久的将来被探测到。
1998-11-03 astro-ph
Evidence for an Additional Heat Source in the Warm Ionized Medium of Galaxies
在银河系和其它星系的气体晕中观测到的[S II]/H-Alpha和[N II]/H-Alpha谱线强度比的空间变化与纯光电离模型不一致。它们似乎需要一个补充的加热机制,以增加电子温度在低密度n_e。这就意味着,除了单位体积的加热速率与n_e ^2成正比的光致电离之外,还存在另一种热源,其单位体积的加热速率与n_e的较低次方成正比。一种可能的机制是星际等离子体湍流的耗散,根据Minter和Spangler(1997)的研究,这种湍流以约1 × 10 ^-25 n_e ergs cm^-3 s^-1的速率加热银河系中电离的星际介质。如果存在这样一个源,那么在n_e < 0.1 cm^-3的区域,它将在光电离加热中占据主导地位,从而导致在距离银河系中平面较远的地方观测到的[S II]/H-α和[N II]/H-α强度比的增加,同时也解释了[S II]/[N II]的恒定性,而这是纯光电离无法解释的。其他补充热源,如磁重联、宇宙射线或小颗粒的光电发射,也可以解释这些观测结果,只要它们能为银河系盘面上每平方厘米约10^-5尔格·s^-1的温暖电离介质提供热量。
1999-11-03 astro-ph
Photo-heating and the fate of hard photons during the reionisation of HeII by quasars
我们使用的分析和数值参数相结合,考虑类星体的光加热在HeII再电离的星系际介质(IGM)的热演化的影响。我们证明,快速(Δz< 0.1-0.2),强(ΔT > 10^4 K)的光加热很难在整个IGM中实现,除非类星体的光谱比目前的观测限制所暗示的要硬得多。虽然通过IGM中的密集区域过滤固有类星体辐射确实增加了每次HeII光电离的平均过剩能量,但它也削弱了辐射强度并降低了光电离速率,防止了在短于局部光电离时间尺度的时间间隔内快速加热。此外,负责最强加热的硬光子更有可能将其能量沉积在密集的团块中。然而,这种团块的丰度是不确定的和依赖于模型的,导致光加热速率的相当大的不确定性。尽管如此,尽管一些IGM可能会长时间暴露在硬化和弱化的电离背景下,但大多数IGM必须被更丰富、更软的光子重新电离,并相应地以适度的加热速率(ΔT < 10^4 K)。化石类星体HeIII区域的重复电离不会增加净加热,因为这些区域的复合时间通常超过IGM冷却时间和连续几轮类星体活动之间的平均时滞。详细的视线辐射转移模拟证实了这些预期,并预测丰富的热结构在IGM在HeII再电离。[摘要]
2009-03-16 astro-ph
A Measurement of the Temperature-Density Relation in the Intergalactic Medium Using a New Lyman-alpha Absorption Line Fitting Method
星系际介质中温度的演化与氢和氦的再电离有关,并且对于我们理解Lya森林和大尺度结构引力模型中的星系形成具有重要意义。利用Lya森林观测的8个高分辨率、高信噪比的类星体光谱测量了星系际气体的温度-密度关系,并利用一种新的线性拟合技术获得了谱线宽度分布的下限,由此得到了星系际气体的温度-密度关系。我们仔细测试了这种技术的准确性,以恢复气体温度与流体动力学模拟。红移z=(3.9,3.0,2.4)最好在密度略高于平均值时确定:T_star=(20200 \pm 2700,20200 \pm 1300,22600 \pm 1900)K(统计误差条),用于气体密度(以平均密度为单位)Delta_star=(1.42 \pm 0.08,1.37 \pm 0.11,1.66 \pm 0.11)。温度-密度关系的幂律指数,定义为T=T_star(Delta/Delta_star)^{gamma-1},对于相同的三个红移,gamma-1=(0.43 \pm 0.45,0.29 \pm 0.30,0.52 \pm 0.14)。固定过密度Δ =1.4时的温度为T_1.4=(20100 \pm 2800,20300 \pm 1400,20700 \pm 1900)K。这些温度高于预期的光电离气体在电离平衡与宇宙背景,并可以解释为一个渐进的额外加热由于正在进行的HeII再电离。温度的测量减少了一个来源的不确定…
2000-05-29 astro-ph
The Spin-Kinetic Temperature Coupling and the Heating Rate due to Lyman Alpha Scattering before Reionization: Predictions for 21cm Emission and Absorption
我们研究了宇宙中第一批恒星产生的莱曼α光子在再电离前与星系际介质(IGM)的相互作用。通过求解福克-普朗克方程获得背景莱曼α谱轮廓。的加热和散射率,和自旋动力学温度耦合系数的准确值,提出。我们表明,加热率诱导的莱曼α散射比以前发现的要低得多,基本上是可以忽略不计的。主要的加热源很可能是来自第一电离源的X射线,其能够穿透到原子介质中。莱曼α光子的散射将氢的自旋温度耦合到动力学温度。如果宇宙中的第一个电离源没有发射出大量的X射线,自旋温度将迅速降低到非常低的气体动力学温度,预计21 cm吸收信号对CMB大于100 mK。然而,我们认为第一个恒星星族很可能已经发射了足够的X射线,这意味着气体动力学温度应该迅速增加,将减少和简短的吸收信号转化为发射,幅度较小,约为10 mK。21厘米吸收和发射特征的探测将是揭开再电离之前“黑暗时代”历史的标志。
2003-07-25 astro-ph