Constraints on Quasar Lifetimes and Beaming from the HeII Lyman-alpha Forest
我们表明，HeII莱曼α森林的视线附近的类星体人口的比较可以强烈地约束类星体的寿命和发射几何。通过比较沿着特定视线的HeII和HI莱曼α森林，人们可以追踪辐射场硬度的波动（这是由HeII电离率的波动驱动的）。由于这种高能背景是高度可变的--由于占主导地位的明亮类星体的稀有性和这些光子相对较短的衰减长度--因此可以直接将辐射场中的特征与它们的源类星体联系起来。在这里，我们量化如何有限的寿命和光束发射几何形状影响这些期望。有限的寿命会导致一个时间延迟，使观测到的辐射峰相对于类星体发生位移。对于波束发射，几何形状决定了观察者不可见的源仍然可以在辐射场中产生峰值。我们发现，对于合理的参数值（寿命约为10^6-10^8年，光束角<90度），这两个模型都产生了大量的“裸”峰（没有相关的类星体）。通过与现有的沿着两条HeII莱曼-α森林视线进行的类星体观测进行比较，排除了各向同性发射和无限寿命的高置信度;它们可以通过中等光束或寿命~10^7-10^8年来适应。我们还表明，峰值和它们的类星体之间的径向位移的分布可以明确区分这两种模式，虽然需要更大的统计样本。
2010-08-26 astro-ph.CO
New Evidence for Extended HeII Reionization at z>3.5 from HeII Lyman Alpha and Beta Transmission Spikes
利用哈勃太空望远镜（HST）上的宇宙起源光谱仪（COS）获得了两个最亮的HeII透明类星体HE 2 QSJ 2311 -1417（z=3.70）和HE 2 QSJ 1630 +0435（z=3.81）的高分辨率（R~ 14，000）光谱。在主要饱和的HeII吸收光谱中，两条视线都显示出HeII Ly $α$和HeII Ly $β$中几个孤立的分辨（半峰全宽>50 km/s）透射尖峰。这种尖峰的发生率随着红移的增加而减少，但两条视线都在z>3.5处显示出明显的尖峰，这表明在z>3.5的星系际介质（IGM）中存在完全电离的区域。我们采用一种自动化算法，将探测到的HeII透射尖峰的数量与模拟光谱的预测值进行比较，模拟光谱是由立方（100/h cMpc）^[3]光学薄Nyx流体动力学模拟的输出生成的，假设紫外背景光电离率$Γ_\mathrm{HeII}$的范围。从Ly $α$和Ly $β$传输尖峰的发生率，我们推断$Γ_\mathrm{HeII}=2.0^{+0.6}_{-0.5}\times 10^{-15}$和$^{-1}$的光电离率分别在3.51<z<3.66和$Γ_\mathrm{HeII}=0.9\pm0.3 \times 10^{-15}$和$^{-1}$在3.460<z<3.685时相似。由于透射尖峰表明沿两条视线z>3.5处的完全电离区域，我们的观测提供了进一步的证据，证明…
2021-03-11 astro-ph.CO
The End of Helium Reionization at z~2.7 Inferred from Cosmic Variance in HST/COS HeII Lyman Alpha Absorption Spectra
本文报道了在两个z~3类星体的HST/COS光谱中探测到的强烈变化的星系际HeII吸收。从我们对这些和三个档案视线中的HeII吸收的均匀分析中，我们发现平均HeII有效光学深度从z~2.3处的τ ~1显著增加到z~3.2处的τ>5，但在2.7< z <3处的2<τ <5的大散射在~10 Mpc的尺度上。这种分散主要是由于HeII部分和HeII电离背景的波动，而不是密度变化，探测的同时代HI森林。HeII吸收的半解析模型需要HeII电离背景的强烈降低来解释在z>2.7时吸收的强烈增加，这可能表明HeII再电离在z>2.7时是不完全的。同样，最近的三维数值模拟的HeII再电离定性地同意观察到的趋势，只有当HeII再电离完成在z=2.7或甚至更低，如我们的五个视线中的两个在z<2.8的大tau>3所示。通过在2.7< z <3时将样本大小加倍，我们新发现的HeII视线首次探测了氦完全电离时第二次再电离时期的多样性。
2011-05-11 astro-ph.CO
Keck Spectroscopy of Faint 3<z<7 Lyman Break Galaxies: - I. New constraints on cosmic reionisation from the luminosity and redshift-dependent fraction of Lyman-alpha emission
我们提出了一个新的Keck光谱调查的结果，在红移范围3<z<7的紫外微弱的LBG。结合早期的Keck和已发表的ESO VLT数据，我们的样本包含600多个辍学者，为可能主导宇宙再电离过程的典型亚L * 源的性质提供了新的见解。在这里，我们使用这个样本来计算连续选择的退出中强Lya发射体的分数。通过量化“Lya分数”如何随红移而变化，我们试图限制与再电离相关的Lya传输的变化。为了区分再电离的影响与其他影响Lya分数的因素（例如尘埃，ISM运动学），我们研究了当IGM被电离时，Lya分数在3<z<6上的光度和红移依赖性。这些结果表明，低光度星系比高光度星系更频繁地出现强Lya辐射，并且在固定光度下，强Lya辐射的普遍性随着红移的增加而适度增加。基于我们的数据集中的蓝色紫外线斜率和强Lya发射星系之间的相关性，我们认为，Lya分数的趋势是由红移和亮度依赖的变化，在尘埃遮蔽，与可能的额外贡献的趋势中的运动学和覆盖部分的中性氢。基于候选z~7透镜LBG的有限IR光谱，我们发现在z~7处Lya分数的尝试性减少，如果通过未来的调查证实，则该结果将表明中性分数在该时期增加。考虑到哈勃WFC 3/IR巡天提供的z和Y滴，我们表明很快就有可能使用光学和近红外光谱仪显着提高对Lya分数的估计，从而将本文中进行的研究扩展到7<z<8。
2010-03-26 astro-ph.CO
The impact of Lyman series photons on the intergalactic medium during the Epoch of Reionisation
本文研究了在再电离时期，高阶莱曼系光子对IGM在背景CMB上的21 cm吸收或发射特征的作用。结果表明，考虑到共振线散射截面随莱曼阶数的增加而减小，高阶莱曼光子的净散射率是不可忽略的。由此产生的辐射级联将大大提高辐射源附近的莱曼α光子的数量密度。它还表明，高阶莱曼系光子能够碰撞加热的IGM的量的几十到几百开氏度。讨论了Wouthuysen-Field效应可能因星系附近尘埃的存在而被抑制的可能性，并指出高阶莱曼系光子仍会引起Wouthuysen-Field效应，但21 cm辐射效率有所降低。研究还表明，高阶莱曼系光子散射后的辐射级联将产生扩展的低表面亮度发射线晕。这些晕将提供一种独特的手段来确认再电离源候选者被在大尺度上仍然基本上是中性的IGM所包围。
2009-08-25 astro-ph.CO physics.atom-ph
Unveiling the most luminous Lyman-α emitters in the epoch of reionisation
遥远的发光莱曼α发射体是在再电离时代详细观测星系的绝佳目标。这些星系的空间分辨观测使我们能够同时探测年轻恒星的发射，星际介质中的部分电离气体，并限制环星系介质中周围氢的性质。我们回顾了ALMA，HST/WFC 3和VLT/X-SHOOTER在大爆炸后~ 5亿年观测到的明亮星系中的静止框架UV，Lyman α和[CII]发射的（光谱）后续研究的最新结果。这些星系可能存在于早期的电离气泡中，是复杂系统，由多个分离良好的组分组成，其中已经存在痕量的金属。
2019-11-12 astro-ph.CO astro-ph.GA
HeII emission in Lyman-alpha nebulae: AGN or cooling radiation?
我们提出了一个扩展的莱曼α（Lya）星云位于一个已知的过密度在z~2.38的研究。这些数据包括多波长测光，覆盖了从0.1到250微米的静止帧光谱范围，以及与扩展发射相关的源的深光谱。两个星系与Lya星云有关。其中一个是被尘埃笼罩的活动星系核，而另一个是强大的星暴，形成恒星的速度>~600 Msol/年。我们在被遮蔽的活动星系核的光谱中检测到HeII在1640 A处的发射线，但没有检测到其他高度电离的金属（CIV或NV）的发射，这是活动星系核所预期的。一种同时再现了探测到的发射线的宽度、CIV发射的缺乏以及发射气体的几何形状的方案是，HeII和Lya发射是冷却气体的结果，该冷却气体被吸积在两个星系Ly 1和Ly 2的暗物质晕上。考虑到Lya星云周围环境的复杂性，可能有多种激发机制同时在起作用。
2009-10-26 astro-ph.CO
Inferring the IGM thermal history during reionisation with the Lyman-$α$ forest power spectrum at redshift $z \simeq 5$
我们使用宇宙学流体动力学模拟，以评估约束银河系际介质的热历史的可行性，在再电离与Ly $α$森林在$z\simeq5$。综合热历史有一个可测量的影响，可以从多普勒展宽在这个红移的传输通量功率谱。我们使用每个质子的累积能量$u_0$来参数化这一点，$u_0$以平均背景密度沉积到气体包裹中，这一数量与模拟中的气体密度功率谱紧密相关。我们构建了视线Ly $α$森林功率谱的模拟观测，并使用马尔可夫链蒙特卡罗方法恢复$u_{0}$在红移$5 \leq z \leq 12$。$\sim 20$ %的统计不确定性预计（在68%的置信度）在$z\simeq 5$使用高分辨率光谱与总红移路径长度的$Δz=4$和一个典型的信号-噪声比$\rm S/N=15$每像素。对预期系统不确定性的估计是可比的，这样现有的数据应使测量$u_0$在$\sim 30$ %。这转化为区分在$z\simeq 5$具有类似瞬时温度的再电离情景，但每个质子的能量沉积在红移间隔$5\leq z \leq 12$上不同的$2$ - $3\, \rm eV$。对于再电离后的初始温度$T\sim 10^{4}\rm\,K$，这对应于我们模型中早期（$z_{\rm re}=12$）和晚期（$z_{\rm re}=7$）再电离之间的差异。
2016-08-23 astro-ph.CO
The effect of inhomogeneous reionisation on the Lyman-$α$ forest power spectrum at redshift $z>4$: implications for thermal parameter recovery
我们使用的混合流体动力学和辐射传输模拟的Sherwood-Relics套件的\Lya森林传输通量在红移$4.2\leq z \leq 5$的一维功率谱的非均匀再电离的效果进行建模。相对于模型，假设一个均匀的紫外线背景，再电离抑制功率谱在小尺度，$k \sim 0.1\rm\,km^{-1}\,s$的$\sim 10$ %，因为空间变化的热增宽内核和发散特有的速度场与超压星系际气体。在更大的尺度上，$k<0.03\rm\,km^{-1}\,s$，功率谱反而由$10$ - $50$ %增强，由中性氢部分的大尺度空间变化。因此，在分析即将到来的高精度测量时，必须考虑不均匀再电离的影响。我们提供了一个校正的LY $α$森林功率谱在$4.1\leq z \leq 5.4$，可以很容易地应用在其他参数的推断框架内，使用类似的再电离模型。我们进行模拟数据的贝叶斯分析，以评估系统的偏差，可能会出现在银河系际介质的测量，如果忽略这个校正的程度。在尺度探测当前的高分辨率LY $α$森林数据在$z>4$，$0.006 \rm \,km^{-1}\,s\leq k \leq 0.2 \rm\, km^{-1}\,s$，我们发现不均匀再电离不引入任何显着的偏差在热参数恢复为当前的测量不确定性的$\sim 10$ %。然而，$5$ %的不确定性，$\sim 1σ$之间的变化估计和真实的参数发生。
2022-01-05 astro-ph.CO
Inhomogeneous HeII reionization in Hydrodynamic Simulations
氦的第二电子的再电离在红移2 < z < 5之间塑造了星系际气体的物理状态。由于在流体动力学模拟中进行完全原位辐射转移对于大体积来说计算昂贵，因此HeII再电离的物理学通常近似于不捕获再电离的斑块的均匀UV背景模型。我们已经设计了一个模型，实现了HeII再电离的影响，使用半解析计算的星系际气体的热状态-一种绕过完整的辐射转移模拟，同时仍然实现物理的HeII再电离，影响观测，如莱曼阿尔法森林。在这里，我们提出了一个公开的代码，灵活的模型非均匀HeII再电离在模拟中可以忽略不计的计算成本。由于HeII再电离的许多参数是不确定的，我们的模型是可定制的一组自由参数。我们在MP-Gadget中显示了此代码的结果，其中实现了此模型。我们证明了星系际气体的温度演化和温度-密度关系-与最近的测量和以前的辐射转移模拟一致。我们表明，HeII再电离的影响引起微妙的签名在一维统计的莱曼α森林在百分之几的水平，与以前的研究结果一致。这些模拟的灵活性是理想的研究HeII再电离和未来的观测HeII莱曼α森林。
2020-06-19 astro-ph.CO
The Discovery of a Large Lyman-alpha+HeII Nebula at z~1.67: A Candidate Low Metallicity Region?
我们在z~1.67处发现了一个~45 kpc的Lya星云（或Lya "blob“），它具有强的、空间扩展的He Ⅱ发射和非常弱的CIV和CIII]发射。这是第一个观测到的空间扩展的Lya+HeII发射体，也是迄今为止发现的红移最低的Lya斑点。在没有金属线的情况下，强Lya和HeII-1640发射被认为是原始星系形成的独特观测特征（例如，从引力冷却辐射或第三星族恒星形成），但没有令人信服的例子，空间扩展的Lya+HeII发射器已经浮出水面，无论是在高红移（z > 4）的Lya发射星系调查或在低红移的Lya星云的研究。通过与光电离模型的比较，我们发现在该星云中观测到的谱线比与低金属丰度气体（Z < 10^-2 - 10^-3 Z_sun）一致，但这一结论依赖于系统的未知电离参数。大的HeII等效宽度（~37+/-10A）和大的HeII/Lya比（0.12+/-0.04）表明，云被硬电离连续体照亮，要么是活动星系核，要么是金属丰度非常低的恒星，或者可能是由引力冷却辐射提供动力。到目前为止，还没有明显的迹象表明该系统内或附近有一个强大的活动星系核，所以为了给星云提供能量，同时即使在中红外线下也保持隐藏，活动星系核需要被严重遮蔽。尽管有强烈的Lya+HeII辐射，但目前还不清楚这个星云的主要能量来源是什么。因此，该系统作为一个指导性的例子，如何真正的天体物理来源的复杂性将复杂的问题时，试图…
2009-06-29 astro-ph.CO
Hydrogen reionisation ends by $z=5.3$: Lyman-$α$ optical depth measured by the XQR-30 sample
在$z\sim 5.5$的Ly-$α$森林中存在过量散射，以及存在零星的延伸不透明的冈恩-彼得森槽，已经开始为氢再电离的后期结束提供强有力的证据。然而，低数据质量和系统的不确定性使Ly-$α$传输作为再电离结束阶段的精确探测器的使用变得复杂。在本文中，我们组装了一个样本的67个类星体的视线在$z>5.5$与高信噪比的$>10$每$\leq 15$公里的$^{-1}$光谱像素，在很大程度上依赖于新的XQR-30类星体样本。XQR-30是VLT/X-Shooter上的一个大型程序，它在$z>5.7$上获得了30个类星体的深度（每像素SNR $>20$）光谱。我们仔细考虑了系统的连续重建，仪器，和污染阻尼Ly-$α$系统。我们提出了改进的测量的平均Ly-$α$传输超过$4.9<z<6.1$。使用所有已知的系统学在一个正向建模分析，我们发现观察到的Ly- $α$传输分布之间的良好协议和紫外线模拟舍伍德和尼克斯高达$z\leq5.2$（$<1 σ$），和温和的张力（$\sim 2.5 σ$）在$z=5.3$。通过在高置信度（$>3.5 σ$）下在$z\geq5.4$处的过量Ly-$α$透射散射排除均匀UVB模型。我们的研究结果表明，再电离相关的波动，无论是在UVB，剩余中性氢部分，和/或IGM温度，坚持在星系际介质，直到至少$z=5.3$（$t=1.1$陀螺大爆炸后）。这进一步证明了再电离的…
2022-04-11 astro-ph.CO
Probing patchy reionisation with JWST: IGM opacity constraints from the Lyman-$α$ forest of galaxies in legacy extragalactic fields
本研究利用JWST NIRSpec光谱首次表征高红移星系冈恩-彼得森槽，得出再电离末期基于星系的IGM不透明度约束，验证了其与类星体观测的一致性，并关联星系过密区与低IGM不透明度，为识别再电离源提供新方法。
2025-08-28 astro-ph.CO astro-ph.GA
The effect of stellar evolution uncertainties on the rest-frame ultraviolet stellar lines of CIV and HeII in high-redshift Lyman-break galaxies
年轻的大质量恒星在恒星形成星系的静止坐标系紫外光谱中占主导地位。在高红移（z>2）时，这些静止紫外特征被移到光学系中，结合引力透镜、深光谱和光谱叠加分析，可以研究这些源的恒星星族特征。我们使用我们的恒星星族合成代码BPASS适合两个强大的休息紫外光谱特征在已公布的莱曼break星系光谱，考虑到恒星光谱上的双星演化的影响。特别是，我们认为准均匀演化（所产生的旋转混合的快速旋转的恒星），金属丰度和碳和氧的相对丰度的HeII（1640埃）和CIV（1548，1551埃）谱线的观测强度的影响。我们发现，莱曼break星系光谱在z=2-3是最适合适度的亚太阳的金属丰度，并与耗尽的碳氧比。我们还发现，最低的金属丰度源的光谱是最好的拟合模型光谱中的HeII发射线的提升，包括大质量的恒星被旋转起来的影响，在二进制的质量转移，使这些快速旋转的恒星经历准均匀的演变。
2011-09-01 astro-ph.CO astro-ph.SR
Calibrating cosmological radiative transfer simulations with Lyman alpha forest data: Evidence for large spatial UV background fluctuations at z ~ 5.6 - 5.8 due to rare bright sources
在这里，我们校准宇宙学辐射转移模拟与ATON/RAMSES的莱曼α不透明度从类星体吸收光谱的测量范围。我们发现莱曼α不透明度是非常敏感的氢再电离的确切时间。模型再现的平均光电离率和平均平均自由程达到重叠的测量演变在z~7和预测的莱曼α不透明度在z> 6的快速演变与莱曼α发射体在此红移范围内的光度函数一致的加速演变。类似于"光学薄"模拟，我们的全辐射转移模拟失败，但是，在z> 5时再现莱曼α不透明度PDF的高不透明度尾部。我们认为，这是由于空间紫外线的波动后重叠阶段的再电离的规模远远大于我们的源模型，其中电离发射率是占主导地位的大量的子L * 星系预测。我们进一步认为，这表明一个显着的贡献电离紫外背景的稀有明亮的高红移源。
2018-05-22 astro-ph.CO
On the general nature of 21cm-Lyman-$α$ emitters cross-correlations during reionisation
本文推导21厘米-LAE交叉相关解析表达式并结合Astraeus和21cmFAST模拟，揭示再电离历史、拓扑和模拟体积对交叉相关函数的影响，为未来SKA与LAE观测提供检验和拟合工具。
2023-08-08 astro-ph.CO astro-ph.GA
The effect of helium reionization on the Lyman-alpha forest hydrogen flux statistics
本文通过QSO族群与HeIII区域的Monte Carlo模拟，研究氦再电离对高红移莱曼α森林氢通量统计的影响，发现X射线选择的更多QSO可解释宽光深分布并改善通量自相关。
2024-10-28 astro-ph.CO astro-ph.GA
On the rapid demise of Lyman-alpha emitters at z>7 due to the increasing incidence of optically thick absorption systems
各种独立的观测研究现在已经报道了在红移间隔z=6-7上表现出Ly-a发射的莱曼破裂星系的比例显着下降。结合明亮的z=7.085类星体ULAS 1120+0641光谱中向Ly-a红方向延伸的强阻尼翼，这加强了星系际介质（IGM）中的氢在z = 7时仍然基本上是中性的建议。目前的理论模型意味着HI分数高达40- 90%，可能需要解释这些数据假设没有内在的演变在Ly-a发射人口。我们认为，这样大的中性分数是不必要的。基于流体动力学模拟再现了高红移（z~6-7）类星体的吸收谱，我们证明了在宇宙的平均区域中，静止坐标系Ly-a的中间IGM向红方向的不透明度可以迅速上升，这仅仅是因为当接近再电离的尾端时，对莱曼连续谱光子来说光学厚度较大的吸收系统的入射率会增加。我们的模拟表明，这些数据不需要IGM中性分数从z=6-7的几十个百分点的大的变化，但可能是在典型的平均自由程的快速减少的指示电离光子预期在最后阶段的再电离。
2012-11-21 astro-ph.CO
The connection between high-redshift galaxies and Lyman $α$ transmission in the Sherwood-Relics simulations of patchy reionisation
通过Sherwood-Relics模拟证实高红移星系与莱曼α透射的关联，发现其交叉相关形状受晕质量和中性氢分数影响，红移失配问题或可通过调整C IV宿主晕质量解决，约束红移演化能揭示再电离时间。
2025-04-17 astro-ph.CO astro-ph.GA
High redshift AGNs and HI reionisation: limits from the unresolved X-ray background
z~3处明亮类星体数量的迅速减少似乎对HI莱曼极限的电离背景的贡献越来越小。因此，一般认为（前）星系系统中的大质量恒星可能提供额外的电离通量，以在z>6时完成HI再电离。然而，一个星系主导的背景，可能需要从高红移星系的莱曼连续辐射的逃逸分数高达10%，一个值有点不一致（公认的稀缺）的观测约束。矮星系的高逃逸分数一直被提倡，或者，一个迄今未被发现（或几乎未被发现）的人口的无遮蔽，高红移微弱AGN。在这里，我们质疑后者的假设，并表明，这样的来源，是一致的，在z=0的未解决的X射线背景的测量水平，可以提供一个分数的HII填充因子不大于13%的z=6。分数上升到<27% in the somewhat extreme case of a constant comoving redshift evolution of the AGN emissivity. This still calls for a mean escape fraction of ionising photons from high-z galaxies >10%。
2015-02-10 astro-ph.CO astro-ph.GA
Constraints on QSO emissivity using H I and He II Lyman alpha forest
He Ⅱ电离能（E > 4 Ryd）的宇宙紫外背景辐射谱对于研究He Ⅱ再电离、星系际介质（IGM）热历史和类星体吸收谱中的金属线等都具有重要意义。它是由类星体在E > 4 Ryd时的发射率确定的，这些发射率是从它们观测到的光度函数和平均光谱能量分布（SED）中获得的。在能量E > 1 Ryd，$f_E \propto E^α$处，SED近似为幂律，其中现有观测将幂律指数$α$限制在~2.3 Ryd。在这里，我们约束$α$为E > 4 Ryd使用最近测量的He II莱曼α有效光学深度（$τ_{HeII}$），H I光电离率和更新的H I分布的IGM。我们发现，当我们使用由光学巡天光度函数得到的类星体发射率时，需要-1.6 > $α$ > -2才能重现$τ_{HeII}$测量结果。我们还发现，类星体单独反射H I的模型不能再现$τ_{HeII}$测量。这些模型需要修改，例如在能量大于4 Ryd时，平均类星体SED出现中断。即使在这样的修改后，预测的He II再电离的历史，表明He II是高度电离的，即使在z~5，是显着不同的标准模型。因此，IGM的热历史对于区分这些模型至关重要。我们还提供了从分箱$τ_{HeII}$测量获得的He II光电离率。
2017-06-13 astro-ph.CO astro-ph.GA
Damping wings in the Lyman-α forest: a model-independent measurement of the neutral fraction at 5.4<z<6.1
通过堆叠莱曼-α森林暗间隙，首次在z=5.6处探测到阻尼翼信号，测得中性氢分数为0.19±0.07，支持晚期缓慢再电离情景。
2024-08-21 astro-ph.CO
The role of galaxies and AGN in reionising the IGM -- III : IGM-galaxy cross-correlations at z~6 from 8 quasar fields with DEIMOS and MUSE
我们提出了改进的测量结果的星系和星系际介质（IGM）的传输在再电离结束时的相关性。我们从$8$背景$z\gtrsim 6$类星体的视线上收集了一个由光谱证实的莱曼破裂星系（LBG）和$21$莱曼- $α$发射体（LAE）的样本，它们的角间距为$20'' \lesssim θ\lesssim 10'$（$z\sim 6$的$\sim 0.1-4$ pMpc）。我们首次报告了在来自LAE（$3.2σ$）和LBG（$1.9σ$）的$\sim 10-60$ cMpc处检测到过量的Lyman-$α$传输尖峰。我们用改进的银河系-莱曼- $α$传输模型和两点互相关解释数据，其中包括由于成簇的微弱源而增强的光电离，观测到的LAE（LBG）-Lyman-$α$透射尖峰两点互相关函数（2 PCCF）限制了中心亮天体的亮度，并对中心亮天体的平均自由程的空间变化产生了影响。对$\langle f_{\rm esc} \rangle_{M_{\rm UV}<-12} = 0.14_{-0.05}^{+0.28}\,(0.23_{-0.12}^{+0.46})$再电离有贡献的所有星系的平均逃逸分数。我们调查，如果2 PCCF测量可以确定是否明亮或暗淡的星系是再电离的主要贡献者。我们的研究结果表明，从昏暗的星系（$M_{\rm UV} > -20 \, (2σ)$）的贡献是必要的复制观察到的2 PCCF和再电…
2020-04-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
Deep HeII and CIV Spectroscopy of a Giant Lyman alpha Nebula: Dense Compact Gas Clumps in the Circumgalactic Medium of a z~2 Quasar
Cantalupo等人（2014）最近发现了与类星体UM 287（z=2.279）相关的最大（~500 kpc）和明亮的Ly-alpha星云，这对我们目前对拥有大质量z~2星系的晕的天体物理学的理解提出了巨大的挑战。要么需要巨大的冷气体库$M\simeq10^{12}$ $M_{\odot}$，超过预期的可用重子质量，要么必须调用高分辨率宇宙学模拟中不存在的极端气体聚集因子。然而，仅对Ly-alpha发射的观测无法区分这两种情况。我们已经获得了有史以来最深的光谱积分的HeII和CIV线的目标，检测扩展线发射，但检测到3 $σ$限制SB $\simeq10^{-18}$ erg/s/cm $^2$ /arcsec $^2$线。我们构建了预期的发射光谱模型，在很可能的情况下，星云是由中央超亮类星体的光电离供电。没有探测到HeII意味着星云辐射来自质量为$M_{\rm c}\lesssim6.4\times10^{10}$ $M_{\odot}$的冷气体，其尺度约为200 kpc，分布在一个非常密集（$n_{\rm H}\gtrsim3$ cm $^{-3}$）和紧凑（$R\lesssim20$ pc）的云群中，这显然是目前的宇宙学模拟无法解决的。考虑到Ly-alpha线（$v\simeq$ 500 km/s）所显示的大气体运动，尚不清楚这些云如何在不被流体动力学不稳定性破坏的情况下生存…
2015-04-14 astro-ph.CO astro-ph.GA
First Light And Reionisation Epoch Simulations (FLARES) XIII: The Lyman-continuum emission of high-redshift galaxies
本文利用 FLARES 模拟分析 z=5–10 大质量星系的 LyC 辐射，量化电离光子产生效率及其与紫外斜率、OIII 等值宽度的关系，并评估恒星与 AGN 的贡献。
2023-08-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
Astraeus VIII: A new framework for Lyman-$α$ emitters applied to different reionisation scenarios
本文基于astraeus框架提出新的Ly$\alpha$发射体模型，研究不同再电离情景下$f_\mathrm{esc}$与电离拓扑对LAEs可见性和空间分布的影响，发现LAEs主要分布在高电离过密区，且存在内禀光度与尘埃衰减的简并性。
2023-08-08 astro-ph.CO astro-ph.GA
Deep rest-frame far-UV spectroscopy of the giant Lyman-alpha emitter 'Himiko'
我们为z=6.595的非常明亮和扩展的Lya发射体（称为Himiko）提供了深10小时VLT/XSHOOTER光谱，并首次由Ouchi等人（2009）讨论，目的是限制为其强发射提供动力的机制。补充的光谱，我们讨论了近红外成像数据的CANDELS调查。我们发现HeII和任何金属线都没有明显的过量，CIV $λ$ 1549、HeII $λ$ 1640和CIII] $λ$ 1909的3 σ上限分别为6.8、3.1和5.8 × 10 ^{-18} erg/s/cm ^2，假设孔径宽度为200 km/s，相对于Lya峰值红移偏移-250 km/s。这些限制提供了强有力的证据，活动星系核是不是一个主要的贡献Himiko的Lya流量。根据HeII的上限，关于PopIII恒星形成或引力冷却辐射的存在的强有力的结论是不可能的。我们的Lya光谱证实了先前测量的空间范围和通量（8.8+/-0.5x10 ^{-17} erg/s/cm ^2）。此外，我们可以明确地排除任何剩余的机会，它是一个较低的红移闯入者，通过显着检测连续红的Lya，而无法检测到蓝。
2015-05-07 astro-ph.CO astro-ph.GA
Physical Calibration of a Minimal Effective Field Theory of the Three-Dimensional Lyman-$α$ Forest
SISSA - International School for Advanced Studies（国际高等研究院）；INFN – National Institute for Nuclear Physics（意大利国家核物理研究所）；IFPU, Institute for Fundamental Physics of the Universe（宇宙基础物理研究所）；Centre for Astrophysics Research, Department of Physics, Astronomy and Mathematics, University of Hertfordshire（赫特福德大学天体物理学研究中心）；INAF - Osservatorio Astronomico di Trieste（的里雅斯特天文台）
该研究利用Sherwood系列模拟，校准三维莱曼-α森林的最小有效场论模型，分析其功率谱、参数简并及各因素对参数的影响，并与解析模型预测对比。
2026-08-24 astro-ph.CO
Threshold Clustering Functions and Thermal Inhomogeneities in the Lyman-Alpha Forest
我们引入天体物理学的阈值概率函数S_2，C_2，和D_2首次推导出的\citet{torq+88}，有效地采样的流量概率分布（PDF）的Lya森林在不同的空间尺度。这些统计数据进行了测试模拟Lya森林光谱的基础上各种玩具模型HeII再电离，具有各种温度-密度关系的均匀模型以及温度不均匀性的模型。这些模拟样本添加了系统学和噪声，以模拟最新的斯隆数字巡天数据发布7（SDSS DR 7）数据。我们发现SDSS DR 7的通量PDF可以用来约束星系际介质（IGM）在z=2.5时的温度-密度关系$γ$（其中$T \propto (1 + Δ)^{γ-1}$），在$\sim 4σ$置信度下的精度为$Δγ= 0.2$.由于HeII再电离引起的IGM中的通量PDF退化为温度不均匀性，但我们发现S_2可以在$\sim 3 σ$上检测到这些不均匀性，假设Lya森林的通量连续可以确定到9%的精度，近似于现有拟合方法的误差。如果类星体连续体可以确定为3%的精度，那么S_2是能够约束的温度不均匀性的特征尺度，与$\sim 4 σ$之间的区别与热泡半径为50 Mpc/h和25 Mpc/h，共动的玩具模型。
2011-10-01 astro-ph.CO
On Modeling and Measuring the Temperature of the z~5 IGM
在高红移的低密度星系际介质（IGM）的温度是敏感的氢和HeII再电离的时间和性质，并可以从莱曼α森林吸收光谱测量。由于星系际气体在再电离过程中对加热的记忆会逐渐消失，因此需要尽可能接近再电离的测量。此外，在足够高的红移下测量IGM温度应该有助于隔离氢再电离的影响，因为HeII再电离开始较晚，在较低的红移下。受此启发，我们使用斑片状再电离的半数值模型来模拟z>5时的IGM温度。我们构建模拟莱曼α森林光谱从这些模型，并考虑其可观察到的影响。我们发现，在莱曼α森林的小尺度结构是敏感的IGM的温度，即使在红移的森林中的平均吸收高达90%。我们预测的精度在z~5 IGM温度可以测量使用现有的高分辨率类星体光谱的样本，并发现有趣的限制是可能的。例如，一个早期的再电离模型，其中再电离在z~10结束，应该是可区分的-在高统计显著性-从一个较低的红移模型，其中再电离在z~6完成。我们讨论改进我们的建模，可能需要强大的解释未来的测量。
2014-03-25 astro-ph.CO
A Portrait of the Cosmic Reionisation History in the Context of the Early Dark Energy Model
National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences（中国科学院国家天文台）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Peking University（北京大学）；Swinburne University of Technology（斯威本科技大学）；University of Arizona（亚利桑那大学）
本研究在早期暗能量模型背景下，通过建模再电离历史，发现其能以中等LyC逃逸分数和紫外光度密度解释观测到的高红移星系过剩量，为EDE宇宙学提供独立探测手段。
2026-01-16 astro-ph.CO astro-ph.GA
Deciphering Lyman $α$ blob 1 with deep MUSE observations
内容：莱曼$α$团块（LAB）是大尺度射电宁静莱曼$α$（Ly $α$）星云，主要出现在高密度的原星团区域。特别是位于$z=3.1$的原型SSA 22 a-LAB 1已成为整个电磁频谱的LAB的观测参考。目的：我们想了解驱动实验室获得经验的见解，在一个罕见的高密度环境中的PDMATHAMN星系形成过程的动力机制。方法：用VLT/MUSE积分场光谱仪观察LAB 1细胞17.5h。我们在Ly $α$ $\lambda1216$和HeII $\lambda1640$中产生了最佳提取的窄带图像。通过使用基于矩的分析，我们映射的斑点的运动学。结果：我们检测到LY $α$发射到表面亮度极限$10^{-19}$ erg s $^{-1}$ cm $^{-2}$ arcsec $^{-2}$。在这个深度，我们揭示了LAB 1和其北部邻居LAB 8之间的桥梁，以及LAB 1南部的贝壳状灯丝。我们发现一个连贯的大规模的东西$\sim$ 1000公里的$^{-1}$速度梯度，垂直于长轴的斑点。我们在三个不同的区域检测到HeII发射，但我们只能提供CIV的上限。结论：各种气体激发机制在LAB 1中发挥作用：电离辐射和反馈效应在嵌入星系附近占主导地位，而Ly $α$散射在更大的距离上起作用。然而，HeII/Ly $α$比值与CIV/Ly $α$的上限相结合，不能区分活动星系核电离和反馈驱动冲击。角动量矢量平…
2020-07-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
Improved measurements of the intergalactic medium temperature around quasars: possible evidence for the initial stages of He-II reionisation at z~6
我们目前的测量星系际介质（IGM）的温度在~5适当兆秒差距的7个发光类星体在z~6。约束条件是从类星体近区莱曼α吸收线的多普勒宽度获得的，并建立在我们以前对z=6.02类星体SDSS J 0818 +1722的测量基础上。扩大后的数据集，加上对系统不确定性的改进处理，在平均密度为log（T_0/K）= 4.21 \pm 0.03（\pm^0 .06_0.07），置信度为68%（95%）的情况下，对于3.2 < log（T_0/K）< 4.8的平坦先验分布，得出平均温度。相比之下，在z~5处从一般IGM测量的温度要低约0.3 dex，这意味着这些类星体周围有一个额外的热源，这在一般IGM中还不存在。这种加热最有可能是由于最近在这些类星体附近的He-II再电离，这些类星体具有坚硬的非热电离光谱。因此，升高的温度可能代表了在高红移宇宙中最有偏差的区域中He-II再电离的最早阶段的证据。温度作为距离类星体距离的函数是一致的，log（T_0/K）~4.2，没有视线热邻近效应的证据。然而，类星体近带的有限范围阻止了大于~5 Mpc的He-III区域的检测。假设类星体已使其附近的He-II再电离，我们推断数据与持续时间超过10^6.5年的平均光学亮相一致。这些测量代表了迄今为止最高的红移IGM温度约束，从而为对抗H-I再电离模型提供了有价值的数据集。
2011-10-03 astro-ph.CO
The Signatures of Large-scale Temperature and Intensity Fluctuations in the Lyman-alpha Forest
再电离过程似乎不可避免地会在星系际介质中产生大规模的温度波动。使用玩具温度模型和详细的加热历史从宇宙学模拟的HeII再电离，我们研究的后果，不均匀加热的Ly-alpha森林。在物理上动机良好的模型中，温度波动的影响可能令人惊讶地微妙。事实上，我们表明，在我们的再电离模拟预测的水平上的温度波动不会引起可检测的签名，在以前已经采用的统计类型。然而，由于在视线Ly-alpha森林功率谱中，小尺度密度功率与大尺度模式的混叠，早期的分析对具有>~ 30 Mpc波长的3D模式不敏感-温度波动可能相对最大的尺度。正在进行的重子振荡光谱巡天（BOSS）的目标是测量来自大样本类星体的Ly-alpha森林P_F的3D功率谱，以避免这种混淆。我们发现，物理驱动的温度模型可以改变P_F在一个统一的水平，在k <~ 0.1共动Mpc^{-1}，一个大小，应该很容易检测到与BOSS。紫外背景强度的波动也能显著地改变P_F。这些特征将使BOSS有可能研究HeII在2 < z < 3处再电离的热影响，并限制电离背景源的模型。未来的光谱测量可以将这种测量扩展到更高的红移，可能检测到氢再电离的热印记。
2011-07-13 astro-ph.CO
A measurement of the Lyman-beta forest power spectrum and its cross with the Lyman-alpha forest in X-Shooter XQ-100
莱曼α森林是大尺度结构探测器，我们似乎对最高波数进行了建模控制。这使得莱曼-α森林对于限制暗物质的热度和再电离过程的时间具有极大的意义。然而，标准的统计量，莱曼α森林功率谱，是无法强烈约束IGM的温度-密度关系，这种能力进一步限制了如何以及其他高波数敏感参数可以约束。为了打破这些简并，我们测量了莱曼β森林的功率谱及其与同时代莱曼α森林的互相关性，使用VLT/X-Shooter XQ-100 Legacy Survey中z=3.5-4.5的100个类星体的光谱，其动机是莱曼β过渡的较小吸收截面，使其对相对于莱曼α过渡的较高密度敏感。我们的推论，从这个测量的IGM温度密度关系似乎闩锁一致到最近紧低红移莱曼α森林的限制。z=3.4-4.7的趋势，我们发现使用莱曼-α $-$莱曼-β交叉相关表明，随着红移的减少，温度-密度关系的斜率变平。这是预期的趋势，从正在进行的氦II再电离，有足够的时间达到渐近温度密度斜率后，氢再电离完成。此外，我们的测量提供了一个一致性检查IGM模型，解释莱曼-阿尔法森林，与交叉相关免疫系统学是不相关的两个森林之间，如金属线污染。
2021-10-15 astro-ph.CO
Constraining blazar heating with the 2<z<3 Lyman-$α$ forest
星系际介质（IGM）就像一个量热计，记录着来自恒星和活动星系核的宇宙结构形成、冲击和光加热所注入的能量。最近有人提出，空间不均匀的TeV耀变体可以显着加热低密度IGM，导致在$z\simeq2-3$周围的冷和暖IGM补丁。本研究的目的是比较不同的耀变体加热模型的预测与最近的IGM观测。我们进行了一组宇宙学模拟，仔细计算莱曼- $α ($ Ly（$α$）森林的模拟观测值。我们对不同的系统不确定性进行了详细的评估，这些不确定性通常会影响这种类型的可观测量，并发现它们小于我们模型之间的差异。我们发现，我们的非均匀blazar加热模型是在很好的协议，在高红移（$2.5<z<3$），但我们的blazar加热模型受到挑战，较低的红移数据（$2<z<2.5$）的Ly $α$线的属性和重新标度的通量概率分布函数。我们的研究结果可以解释的HeII再电离，虽然国家的最先进的模型不足以提供足够的加热到低密度IGM，从而激励进一步的辐射转移研究的非均匀HeII再电离。如果耀变体确实是由$2\times10^{13}{M}_\odot$的群质量晕所承载的，那么与以前的模型相比，耀变体加热的开始时间较晚，这将有利于我们的研究结果与当地伽马射线观测的耀变体加热的证据相一致。
2022-02-02 astro-ph.CO astro-ph.GA
Predicted UV properties of very metal-poor starburst galaxies
我们研究的预期属性的恒星爆发，以提供高Z星系调查和非常贫金属星系的解释的参考点。我们主要集中在紫外特性，如电离光谱，紫外连续，Ly α和HeII 1640 A线和双光子连续发射。我们使用进化的合成模型，涵盖从流行III到太阳和广泛的IMF的金属丰度。我们还结合了合成SED与云光电离代码更准确的预测星云发射，并研究可能偏离的情况下B假设的合成模型。电离通量，紫外线连续属性，并预测的Ly α和HeII 1640 A线强度的合成模型，涵盖了更广泛的参数空间比我们以前的计算。强偏离的情况下B的预测获得的Ly α和双光子连续在低金属丰度。在低星云密度，这两个被证明是增强成比例的平均能量由电离源发射的莱曼连续光子。因此，在低金属丰度下预测较大的Ly α等效宽度。HeII 1640 A线可以弱于情况B预测（在通量以及等效宽度方面），由于其电离参数的依赖性和增强的基础双光子连续。我们的研究结果有影响的恒星形成的金属贫和/或高红移星系的解释，星系之间的Ly α发射体（LAE）和莱曼破裂星系（LBG）人口，并在遥远的宇宙中的人口III恒星的搜索。
2010-09-03 astro-ph.CO
How probable is the Lyman-$α$ damping wing in the spectrum of the redshift z = 5.9896 quasar ULAS J0148+0600?
本文利用 Sherwood-Relics 模拟评估红移 z=5.9896 类星体 J0148 光谱中 Lyman-α 阻尼翼的出现概率，发现再电离晚期结束是重现该阻尼翼的必要条件，但其同时匹配近区大小的先验概率较低，可能暗示电离发射存在短期变化或受邻近效应影响。
2025-05-29 astro-ph.CO
The Sherwood simulation suite: overview and data comparisons with the Lyman-alpha forest at redshifts 2 < z < 5
我们介绍了一套新的大规模，高分辨率的星系际介质流体动力学模拟：舍伍德模拟套件。这些实验在体积为10^3-160^3 h^-3的Mpc^{3}中进行，质量分辨率跨越了近四个数量级，粒子数高达172亿，并采用了各种物理变量，包括温暖的暗物质和星系外流。我们进行了详细的比较模拟的高分辨率，高信噪比观测的莱曼α森林的红移范围2 < z < 5。模拟结果与观测数据非常吻合，进一步支持了莱曼α森林是LCDM宇宙学模型中物质网状分布的自然结果的范式。只有少数微小的差异仍然与观测数据。在2 < z < 2.5处，柱密度N_HI > 10^14.5 cm^-2的饱和莱曼α吸收线在模型中预测不足。需要对连续体放置偏差进行不确定校正，以匹配透射通量的分布和功率谱，特别是在z > 4处。最后，星系际气体的温度在z=2.7时可能稍微过低，而在z=2.4时需要更平坦的温度-密度关系，这与氦II再电离过程中非平衡电离的预期效应一致。
2016-09-19 astro-ph.CO
The Role of Galaxies and AGN in Reionising the IGM - I: Keck Spectroscopy of 5 < z < 7 Galaxies in the QSO Field J1148+5251
介绍了一种新的方法来确定星系和活动星系核（AGN）对高红移星系际介质（IGM）物理状态的影响，并通过首次应用于$z=6.42$类星体J1148+5251来说明其潜力。通过关联光谱确认的莱曼破裂星系（LBG）的空间位置与莱曼α森林中看到的背景类星体的高信号噪声光谱的波动，我们提供了一个统计测量的典型逃逸分数莱曼连续体光子接近宇宙再电离结束。在这里，我们使用凯克DEIMOS光谱定位7个颜色选择的LBG在红移范围$5.3\lesssim z\lesssim 6.4$和确认一个微弱的$z=5.701$活动星系核。然后，我们研究这个样本和Ly $α$ /Ly $β$传输波动的凯克ESI光谱的类星体之间的空间相关性。解释的统计HI邻近效应所产生的微弱星系聚集在检测到的LBG，我们翻译成平均逃逸分数$\langle f_{\rm esc}\rangle\geq0.08$在$z\simeq6$上的约束的平均检测到的LBG周围的观测到的平均LY $α$传输通量。我们还报告了$z=6.177$发光LBG通过一个Ly $β$传输尖峰和两个广泛的Ly $α$传输尖峰周围的$z=5.701$活动星系核的个别横向HI邻近效应的证据。我们讨论了这种协会的可能起源，这表明，虽然微弱的星系主要是驱动再电离，发光的星系和活动星系核可能提供重要的贡献，紫外背景或热波动的IGM在$z\simeq6$。虽然样本有限，但我们…
2018-05-16 astro-ph.CO astro-ph.GA
Particle mesh simulations of the Lyman-alpha forest and the signature of Baryon Acoustic Oscillations in the intergalactic medium
我们提出了一套超大粒子网格模拟的LyA森林的目标是了解的重子声学振荡（BAO）在星系间介质的印记。我们使用9只暗物质的模拟，可以，第一次，同时解决金斯尺度的星系际气体，同时涵盖了大量的需要充分采样的声学功能。模拟吸收光谱使用波动耿-彼得森近似产生，具有近似正确的通量概率密度函数（PDF）和小尺度功率谱。在更大的尺度上，在红移空间的关联函数中有明显的声学特征的证据，它与具有恒定偏差的线性理论模板相匹配。我们公开提供的这些光谱可用于测试管道，计划未来的实验和模拟各种物理效应。作为一个例子，我们讨论了森林中的声信号的基本性质，噪声和源数密度的误差缩放，修改统计处理平均通量演变和误判，和非引力源，如光电离背景和温度波动的波动由于HeII再电离。
2010-02-27 astro-ph.CO
GALEX far-UV color selection of UV-bright high-redshift quasars
我们研究了GALEX探测到的z>2.7类星体的小种群，它们的远紫外辐射不会被HI莱曼极限系统所熄灭。这些类星体对于探测沿其视线的星系间HeII吸收具有特别重要的意义。我们将已验证的z>2.7类星体与GALEX GR 4源目录相关联，得到304个S/N>3的源。然而，其中约50%仅在GALEX NUV波段检测到，这表明低红移莱曼极限系统截断了FUV通量。我们利用GALEX UV颜色挑选最有希望的目标进行后续研究，蓝色（红色）GALEX颜色表示透明（不透明）视线。蒙特卡罗模拟表明，在z<3.5时，FUV-NUV<1的类星体的HeII探测率约为60%，比不包括颜色信息的GALEX搜索增加了约50%。我们认为在S/N>3时探测到的52个类星体是最有希望进行HST后续观测的，如果我们考虑在FUV中探测到S/N>2，则还有114个类星体。SDSS只提供了SDSS和GALEX应该探测到的NUV亮类星体的一半。我们修正了SDSS类星体选择函数，发现SDSS系统地错过了在3<z<3.5处具有蓝色u-g<2颜色的类星体，这是由于与颜色空间中的恒星轨迹重叠。我们的颜色相关的SDSS选择函数自然地解释了具有红移的SDSS类星体的不均匀u-g颜色分布以及颜色选择和射电选择的SDSS类星体之间的颜色差异。此外，它产生了很好的协议之间的观测和预测的紫外亮SDSS类星体的数量。我们证实了我们以前的主张，SDSS优…
2010-12-15 astro-ph.CO
Inferring the Thermal History of the Intergalactic Medium from the Properties of the Hydrogen and Helium Lyman-alpha Forest
星系际介质（IGM）气体的起源于遥远类星体光谱中的莱曼α森林，它编码了关于结构形成的物理学信息和扩散重子物质的早期热力学。在这里，我们使用了一个庞大的套件的400多个高分辨率的宇宙流体动力学模拟运行的图形处理单元加速代码Cholla研究IGM在高空间分辨率保持在整个计算量。模拟捕捉范围广泛的可能的星系际气体的热历史，通过改变的幅度和时间的光加热和光电离背景所产生的恒星形成的星系和活动星系核。在2.2 <= z <= 5.0的整个范围内，将合成光谱与观测到的14个红移仓中氢的一维通量功率谱以及在2.4 < z < 2.9的范围内5个红移仓中氦的莱曼α不透明度进行统计比较，严格限制了IGM的光电离和光加热历史。通过利用现有的莱曼-阿尔法森林数据的约束力来打破模型简并，我们发现IGM经历了两个主要的再加热事件，从氢和氦的非平衡电离超过1.2 Gyr的宇宙时间。对于我们的最佳拟合模型，氢再电离在z~6.0时完成，第一个IGM温度峰T_0 ~ 1.3x10^4 K，然后是He II的再电离，在z~3.0时完成，产生第二个温度峰T_0 ~ 1.4x10^4 K。我们将讨论如何使用我们的结果来获得有关氢和氦再电离的时间和来源的信息。
2022-06-05 astro-ph.CO
Effects of Photoionization and Photoheating on Lyman-alpha Forest Properties from Cholla Cosmological Simulations
星系际介质（IGM）的密度和温度特性反映了宇宙学结构形成过程中的加热和电离历史，并且主要通过在背景源的观测光谱中的中性氢吸收特征的莱曼α森林来探测（Gunn & Peterson 1965）。我们提出的方法和初步结果从Cholla IGM光热模拟（CHIPS）套件进行的图形处理单元加速Cholla代码研究IGM在高，统一的空间分辨率保持在大容量。在这第一篇论文中，我们研究了CHIPS宇宙学模拟中的IGM结构，其中包括IGM均匀光加热和光电离模型，其中氢再电离提前完成（Haardt & Madau 2012）或红移z~6（Puchwein et al. 2019）。与大尺度和小尺度Lyman α透射通量功率谱P（k）在红移2 <~ z <~ 5.5处的观测结果比较，模型的相对一致性依赖于尺度，自洽的Puchwein等人（2019）IGM光加热和光电离模型与红移2 <~ z <~时k >~ 0.01 s/km处的通量P（k）吻合良好。3.5.在较大尺度上，P（k）的振幅从z~4.6增加到z~2.2的速度比模式快，并且在k = 0.002-0.01 s/km时介于2.2 <z <~ 4.6之间。我们认为可以通过改变与活动星系核相关的HeII光加热率来降低z~3处的IGM温度来改进模型。在较高的红移z>~4.5时，观测到的通量P（k）振幅以介于两个模型之间的速率增加，我们认为，对于氢再电离…
2021-03-24 astro-ph.CO
Gas Accretion and Giant Lyman-alpha Nebulae
几十年的观测和发现表明，高红移活动星系核和大质量星系通常被巨大的莱曼α星云包围，在某些情况下，莱曼α星云的大小可达500千秒差距。在这篇综述中，我讨论了在z>2时发现的这类星云的性质，以及它们与星系内部和周围的气体流动及其晕的关系。特别是，我展示了如何使用当前的观测来约束的物理性质和起源的发射气体的莱曼α光子生产过程和运动学签名。这些研究表明，复合辐射是最可行的方案来解释观测到的莱曼α光度和表面亮度的大部分星云，并意味着大量的密集，电离和冷块应该存在于大质量星系的晕内和周围。光谱学研究表明，在巨大的莱曼α星云中，与无线电响亮的活动星系核相关的那个星云的运动学应该是由至少在内部30-50千秒差距内的强烈电离外流所主导的。无线电宁静星云反而呈现出与静止状态相一致的静止运动学，在某些情况下，暗示着旋转结构。然而，与巨大的莱曼α辐射相关的气体吸积到星系上的确切证据还没有被明确地探测到。目前正在使用其他明亮的非共振线（如Hydrogen H-alpha和HeII 1640）进行深入调查，这对于寻找星系和AGN上宇宙气体吸积的更清晰特征至关重要。
2016-12-01 astro-ph.CO astro-ph.GA
New constraints on Lyman-α opacity with a sample of 62 quasars at z > 5.7
我们测量了4.9 < z 5.7的IGM Lyman-α不透明度的平均值和散射< 6.1 along the lines of sight of 62 quasars at z >，这是迄今为止在这些红移下组装的最大样本。样本大小使我们能够比以往任何时候都更有力地在这些红移处对宇宙方差进行采样。这里使用的光谱是由SDSS，DES-VHS和SHELLQs合作获得的，来自ESI和X-Shooter档案，从以前的研究中重复使用或专门为这项工作观察。我们测量了10、30、50和70 cMpc h-1波段的Lyman-α有效光学深度，构造了两种通量上限处理下的累积分布函数，并探索了剩余Lyman-α透射率的经验解析拟合。我们通过自举重新采样验证了我们的结果与先前研究的结果的一致性，并确认了不透明度分布中存在朝向高值的尾部，该尾部可能持续到z = 5.2。将我们的结果与宇宙学模拟的预测进行比较，我们发现了进一步的有力证据，反对包括空间均匀电离背景和温度-密度关系的模型。我们还比较IGM模型，包括波动的UVB占主导地位的稀有类星体或温度波动，由于斑片状再电离。虽然这两个模型产生更好的协议与观察，没有完全捕捉到的IGM不透明度的分散。我们的62个z > 5.7类星体光谱的样本为再电离时代的未来研究开辟了许多途径。
2018-05-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
Measuring the properties of reionised bubbles with resolved Lyman alpha spectra
识别和表征再电离气泡使我们能够跟踪它们的大小分布，这取决于主要电离源，以及再电离和星系演化之间的关系。我们证明，光谱分辨$z\gtrsim6$莱曼α（Ly $α$）发射可以约束的再电离区域的属性。具体地，从源到中性区域的距离设置了与系统的最小可观测Ly $α$速度偏移。在Ly $α$共振的蓝色侧上的通量的检测意味着源驻留在大的、充分电离的区域中，光子可以在没有显著共振吸收的情况下逃逸，并且因此约束电离气泡内的大小和残余中性部分。我们估计的范围内的星系周围的区域，这是光学薄的蓝色Ly $α$光子，类似于类星体邻近区，作为源的电离光子输出和周围的气体密度的函数。该光学薄区域的半径通常为$\lesssim 0.3$ pMpc（允许通量的传输为$\gtrsim -250$ km s $^{-1}$），即到中性区域的距离的$\lesssim 20$ %。在概念验证中，我们证明了$z\approx6.6$星系COLA 1-具有蓝色Ly $α$峰-可能位于电离区域$>0.7$ pMpc中，具有剩余中性部分$<10^{-5.5}$。为了电离自己的邻近区域，我们推断COLA 1具有高电离光子逃逸分数（$f_{\mathrm{esc}}>0.50$），相对陡峭的紫外线斜率（$β< -1.79$）和低视线气体密度（$\sim0.5\times$宇宙平均值），这表明它是一种罕见的低密度视线。
2020-09-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
Evidence for a low Lyman Continuum Escape fraction in three Massive, UV-bright galaxies at z > 7
虽然低质量恒星形成星系是再电离过程的主要候选者，但我们不能最终排除高质量恒星形成星系作为候选者。虽然大多数模拟表明前者是最好的候选者，但一些模型表明，在z > 6的大质量，紫外线明亮的星系-“寡头”-至少占电离预算的80%。为了验证这一假设，我们在档案数据中以z > 7处的大质量（log 10（M*[Msol]）> 10）、UV亮（MUV ~ -22）Lya发射体为目标，这些发射体是用类似分辨率的光谱仪（VLT/X-shooter和Keck/MOSFIRE）观察到的。为了增加我们结论的可靠性，我们将所有光谱叠加，并获得24.75小时的深度叠加光谱。堆叠的Lya曲线显示出明显的不对称红色峰，并且不存在蓝色峰。此外，我们估计的内在堆叠的Lya配置文件，我们的目标通过校正IGM传输使用一系列的中性氢馏分，发现没有显着变化的配置文件。我们测量到速度偏移Vred > 300 km/s，并且在我们的红色峰A ~3中测量到不对称性。利用不同的模型和估计，如峰分离，红峰的不对称性，Lya和Hb之间的比率和β斜率，我们得出结论，这三个UV明亮，质量（10^10 Msol），z > 7星系的逃逸分数为fesc（LyC）<10%。
2023-01-09 astro-ph.CO astro-ph.GA
The photoheating of the intergalactic medium in synthesis models of the UV background
我们将Haardt & Madau（2012）（HM 2012）的宇宙学流体动力学模拟与均匀元星系紫外背景（UVB）相结合，以莱曼α森林的观测结果进行比较，这些观测结果对星系际介质（IGM）的热和电离状态敏感。由HM 2012实现的简单单区辐射转移模型预测的从光学厚到薄的光加热的转变预测了一个热历史，如果我们考虑到HeIII的体积填充因子的预期演变，则该热历史与在z~3处观察到的IGM温度的上升非常吻合。我们的模拟表明，可能有，但是，在所观察到的峰值温度演变和相当缓慢的演变，最近的哈勃太空望远镜/COS测量建议的HeII不透明度之间的一些紧张局势。HM 2012 UVB还低估了我们的模拟所需的元银河系氢光电离率，以匹配在z>4和z<2时观察到的森林不透明度。
2015-09-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
The ESO UVES Advanced Data Products Quasar Sample - IV. On the deficiency of Argon in DLA systems
本文研究了高红移星系（2 <z（abs）<4.2）的星际介质中的氩丰度，这些星系在背景类星体的光谱中被探测为阻尼的Lya吸收体（DLA）。我们使用高分辨率的类星体光谱从ESO-UVES先进的数据产品（EUADP）数据库。我们提出了3个新的测量和5个上限的ArI。我们进一步汇编了来自文献的DLAs/sub-DLA数据，并对氩和α捕获元素（S或Si）进行了测量，总共有37个系统，即迄今为止研究的最大DLA氩样品。我们确认，氩通常是缺乏的DLAs，平均值[Ar/alpha]=-0.4 +/-0.06dex（平均值的标准误差）。[Ar/alpha]比值随着NHI的增加和吸收红移的增加而呈现出弱的正趋势，随着无尘金属量[S/H]的增加而呈现出弱的负趋势。丰度比的详细分析表明，ArI电离，而不是尘埃耗尽或核合成的演变，是负责氩缺乏。总而言之，观测证据是一致的氩离子化的情况下，类星体metagalactic辐射调制本地HI自屏蔽DLA宿主星系内占主导地位。我们对氩丰度的测量和限制表明，HeII的宇宙再电离在z = 3以上完成，但在z（abs）> 3.5时需要更多的测量来探测宇宙再电离过程的最后阶段。
2014-09-16 astro-ph.CO astro-ph.GA
Softening of the Metagalactic Ionizing Background from Internal He II Absorption in Quasars
类星体和活动星系核（AGN）是红移z < 3的元星系电离背景的重要贡献者。最新的活动星系核HST/COS合成谱发现，与以往的研究相比，在Lyman连续谱中的通量分布更硬，F_nu ~ nu^{-alpha_s}（alpha_s = 1.41+/-0.15）。这个指数似乎是不一致的，观察到的He II / H I吸收率（eta）在Lya森林。我们利用电离背景的解析源函数模型研究了活动星系核在He II（4 ryd）连续体中的内部吸收效应，其中发射率（j_nu）来自于类星体，由Lya森林的不透明度（kappa_nu）和活动星系核逃逸分数f_esc（HI）和f_esc（He II）分别在1~ryd和4~ryd处进行再处理.我们还研究了H I和He II在再处理背景下的光电加热，其光谱指数（alpha_b > alpha_s）取决于alpha_s、H I柱密度斜率β和R = f_esc（HI）/ f_esc（He II）。我们比较了该模型与类星体HE~2347-4342的He II和H I的Lya吸收线。当f_esc（HeII）= 0.6-0.8但f_esc（HI）= 1时，活动星系核的内部吸收将使折射率增加Δ-α_b = 0.3-1.0，对应于β = 1.5-1.6时的η = 60-200，与HST/COS在z = 2.5-2.9的观测结果一致。观察到的比值范围eta < 200，限制了…
2020-07-06 astro-ph.CO astro-ph.GA
Imprints of the first billion years: Lyman limit systems at $z \sim 5$
莱曼极限系统（LLS）追踪低密度环星系介质和星系际介质的最密集区域，因此它们的数密度和在高红移的演化，再电离后，是重要的约束。本文利用Giant Gemini GMOS巡天的$z \sim 5$的153个光学类星体光谱的均匀数据集，对高红移（$z_{\rm LLS} =3.5$-5.4）的LLS进行了巡天。我们的分析包括使用模拟光谱的调查偏差的详细调查，提供了重要的校正原始测量。我们估计在$z \approx 4.4$每单位红移的LLS发生率为$\ell(z) = 2.6 \pm 0.4$。结合我们的结果与以前的调查在$z_{\rm LLS} <4$，最适合的幂律演变是$\ell(z) = \ell_* [(1+z)/4]^α$与$\ell_* = 1.46 \pm 0.11$和$α= 1.70 \pm 0.22$（68\%置信区间）。尽管在以前的$z_{\rm LLS} <4$的结果提示，没有迹象表明从这个单一的幂律偏差后不久再电离。最后，我们将我们的新结果与以前的调查星系际和环星系介质约束的氢柱密度分布函数，$f(N_{\rm HI},X)$，超过10个数量级。$z \sim 5$的数据未被先前报告的$z \sim 2$-3（重新缩放后）的$f(N_{\rm HI},X)$模型很好地描述，拟合完整$z \sim 2$ -5数据集的7-枢轴模型在统计学上不可接受。我们的结论是，在…
2018-10-23 astro-ph.CO astro-ph.GA
A neural network emulator for the Lyman-$α$ 1D flux power spectrum
本文构建神经网络代理模型，依据线性物质功率谱的斜率与振幅快速预测Lyman-α一维流量功率谱，在宽尺度、红移及多种未训练ΛCDM扩展和热电离历史下达到亚百分比至百分比精度。
2023-09-28 astro-ph.CO astro-ph.GA
The nature of the Lyman Alpha Emitter CR7: a persisting puzzle
$z \sim 6.6$ Ly $α$发射体CR 7的特殊发射特性最初被解释为存在直接坍缩黑洞（DCBH）或大量Pop III星。相反，Bowler等人（2016）更新的光度观测似乎表明CR 7是一个更标准的系统。在这里，我们证实，原来的DCBH假设是一致的，也与新的数据。使用辐射流体动力学模拟，我们再现了新的红外测光与两个模型，涉及康普顿厚DCBH的质量$\approx 7 \times 10^6 \, \mathrm{M_{\odot}}$吸积（a）无金属（$Z=0$）的气体与柱密度$N_H = 8 \times 10^{25} \, \mathrm{cm^{-2}}$，或（b）低金属含量的气体（$Z = 5 \times 10^{-3} \, \mathrm{Z_{\odot}}$）与$N_H = 3 \times 10^{24} \, \mathrm{cm^{-2}}$。最佳拟合模型在$1 σ$内再现光度数据。这些金属可以通过DCBH形成后发生的弱恒星形成活动产生。两种模型中对斯皮策/IRAC $3.6 \, \mathrm{μm}$光度带的主要贡献是由于HeI/HeII $λ4714, 4687$发射线，而[OIII] $λ4959, 5007$发射线（如果存在）的贡献是次主导的。将需要使用JWST进行光谱观测，以最终澄清CR 7的性质。
2017-02-14 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
