The Near-IR Background Intensity and Anisotropies During The Epoch of Reionization
河外近红外（近红外）背景光的一小部分涉及来自星系在再电离过程中在红移超过6的紫外（UV）发射的红移光子。近红外背景的绝对强度和各向异性为观测第一光星系及其空间分布提供了一个新的途径。我们估计的河外背景光强度在再电离过程中占恒星和星云的发射从第一光星系。我们需要从这些星系的紫外光子密度产生一个再电离的历史，是一致的光学深度电子散射从宇宙微波背景测量。我们还需要在我们的模型中的星系的亮端光度函数再现测量的莱曼辍学光度函数在红移6至8。在$\sim$ 1.1 $μ$ m处的光谱峰处，绝对强度约为0.1至0.3 nW m $^{-2}$ sr $^{-1}$。我们还讨论了各向异性功率谱的近红外背景使用晕模型来描述星系分布。我们将我们对各向异性功率谱的预测与来自{ \it Spitzer}/IRAC、{ \it Hubble}/NICMOS和{ \it AKARI}的深近红外成像数据的现有测量进行比较。预测的均方根波动在几十个角分的角度尺度是大约一个数量级小于现有的测量。虽然强有力的论点已经作出了测量的波动没有涉及微弱的低红移星系的起源，我们发现，现有的测量也是不兼容的起源在再电离的时代。测得的近红外背景各向异性仍然无法解释，可能与一个身份不明的非天体物理起源。
2012-07-16 astro-ph.CO
Measuring Light from the Epoch of Reionization with CIBER, the Cosmic Infrared Background Experiment
宇宙中第一代恒星的紫外线辐射电离了星系际介质，这一过程在z~6时完成;这些光子的波长已经红移了（1+z），成为今天的近红外线，可以使用位于地球大气层上方的仪器进行测量。宇宙红外背景实验（CIBER）于2009年2月首次飞行，由四个仪器组成，安装在一个可重复使用的探空火箭上。CIBER将使用两台宽带成像仪器测量再电离时期宇宙结构引起的河外红外背景中的空间各向异性，使用低分辨率光谱仪详细描述红外背景的光谱形状，并在我们的六个科学领域中使用高分辨率光谱仪测量Zodical光前景的绝对亮度。本文介绍了CIBER的科学动机和前两次飞行的详细情况，包括对首次飞行发表的科学结果的回顾和对未来再电离科学与CIBER数据的展望。
2011-01-08 astro-ph.CO astro-ph.IM
Contamination of the Epoch of Reionization power spectrum in the presence of foregrounds
我们构建前景模拟包括空间相关的河外和弥漫的银河系的发射组件和计算的“内在”（无仪器）的二维空间功率谱和圆柱形和球形平均的三维k-空间功率谱的时代的再电离（EoR）和我们的前景模拟使用贝叶斯功率谱估计框架。这导致我们确定一个模型相关的区域的最佳信号估计为我们的前景和EoR模型，在EoR信号相对于前景的空间功率最大化。我们确定了一个目标字段相关的区域，在k空间中，在低k_perp和k_parallel的固有前景功率谱污染和过渡到一个相对前景自由的固有EoR窗口在该区域的补充。k空间的污染区域表明，同时估计EoR和前景对于获得EoR功率谱的统计稳健估计是重要的;从忽略其协方差的方法中将获得有偏结果。使用模拟观测与频率相关的紫外线覆盖和主波束，与前者来自HERA在37天线和331天线配置，我们恢复仪器功率谱与其内在的对应。我们讨论了这些结果的影响，最佳策略的无偏估计的EoR功率谱。
2016-07-26 astro-ph.CO astro-ph.IM
All-sky signals from recombination to reionization with the SKA
宇宙氢含量的宇宙演化，通过重组和再电离的结束，预计将被揭示为微妙的光谱特征，在统一的河外宇宙射电背景。中性氢21厘米自旋翻转跃迁激发温度的红移演化表现为相对于宇宙微波背景的红移发射和吸收。从宇宙黎明和时代的再电离的光谱迹线的精确签名是依赖于恒星和早期星系的第一束缚系统的光谱辐射率，丰度和分布，其中支配的自旋翻转水平人口的演变。当自旋温度偏离周围遗迹宇宙微波背景的温度时，从这些历元红移21厘米，导致在40-200 MHz范围内的全天空光谱结构，几乎完全在SKA低波段内。气体演化的另一个光谱结构是氢和氦复合时期的红移复合线;这一事件产生的弱全天光谱结构最好在SKA-mid的350-3050 MHz波段的上端检测到。SKA干涉仪元件的总功率谱形成了这些来自复合和再电离的微弱信号的测量集;元件间干涉仪vibrations形成了校准集。面临的挑战是在精密偏振校准的元素光谱响应和解决添加剂和不必要的混淆泄漏天空角结构模式到光谱模式。在这里，我们讨论的观测方法和设计要求，使这些全天空SKA测量的宇宙演化的氢。
2015-01-18 astro-ph.CO astro-ph.IM
Joint estimation of the Epoch of Reionization power spectrum and foregrounds
红移的21厘米辐射亮度温度涨落的功率谱是再电离期（EoR）的有力探测器。然而，明亮的前景发射提出了一个显着的障碍，其无偏恢复干涉数据。我们建立在Sims等人2016年介绍的贝叶斯功率谱估计方法的基础上，并证明了将前景光谱结构的先验知识纳入数据模型的大光谱尺度分量中，可以显着改善前景的建模，而不会增加模型的复杂性。我们探讨了两个天体物理动机的大光谱尺度模型参数化：（i）一个常数加幂律模型的形式$q_{0}+q_{1}(ν/ν_{0})^{b_{1}}$的两个值的$b_{1}$：$b_{1} = <β>_\mathrm{GDSE}$和$b_{1} = <β>_\mathrm{EGS}$，银河系扩散同步辐射和河外源前景发射的平均光谱指数，分别，和（ii）一个常数加双幂律模型的形式$q_{0}+q_{1}(ν/ν_{0})^{b_{1}}+q_{2}(ν/ν_{0})^{b_{2}}$与$b_{1} = <β>_\mathrm{GDSE}$和$b_{2} = <β>_\mathrm{EGS}$。我们估计的EoR功率谱从模拟干涉数据组成的EoR信号，银河系的扩散同步辐射，河外源和扩散自由自由发射从银河系。我们表明，通过联合估计的EoR信号的模型与常数加双幂律参数化的大光谱尺度模型，无偏估计的EoR功率谱是可恢复的所有空间尺度上访问的数据集，包括在大的空间尺度上被发现被污染的早期工作。
2019-07-04 astro-ph.CO
JWST's PEARLS: Prime Extragalactic Areas for Reionization and Lensing Science: Project Overview and First Results
我们给出了一个概述，并描述的基本原理，方法，并从JWST“再电离和透镜科学的主要河外地区”（“珍珠”）项目的NIRCam图像的第一个结果。PEARLS使用多达8个NIRCam滤波器来调查几个主要的河外调查区域：北南极（NEP）的两个领域;七个引力透镜星团;两个高红移原星团;以及标志性的背光VV 191星系系统，以绘制其尘埃衰减。PEARLS还包括一个NEP场的NIRISS光谱和两个高红移类星体的NIRSpec光谱。PEARLS的主要目标是研究星系聚集、活动星系核生长和第一光的时代。五个场，JWST NEP时域场（TDF），IRAC暗场（IDF）和三个透镜群，将在一年内最多观察四个时期。成像数据的节奏和灵敏度非常适合寻找微弱的可变物体，如弱AGN，高红移超新星和集群焦散凌日。这两个NEP场都有穿过我们银河系的视线，提供了大量非常微弱的棕矮星，它们的自行可以被研究。NEP TDF中第一个发言的观察结果是公开的。本文介绍了我们的第一个PEARLS观测，他们的NIRCam数据的减少和分析，我们的第一个对象目录，0.9-4.5 $μ$ m星系计数和综合星系光。我们在13个NIRCam滤波器中评估JWST天空亮度，产生我们的第一个限制，漫射光在0.9-4.5 μm。PEARLS旨在为社区带来持久的利益。
2022-11-29 astro-ph.CO astro-ph.GA
Improved 21 cm Epoch Of Reionization Power Spectrum Measurements with a Hybrid Foreground Subtraction and Avoidance Technique
21厘米再电离时期（EoR）信号的观测主要受银河系和河外前景的影响。对前景去除的需求导致了两种主要技术的发展，通常被称为“前景避免”和“前景减法”。“避免与傅立叶空间中的过滤前景相关，而减法使用被删除的显式前景模型。使用1088小时的数据从64个元素的PAPER阵列，我们证明了减法的前景模型之前，延迟空间的前景过滤结果在一个温和的，但可衡量的改善过滤器的性能。该概念验证结果表明，改进源于前景滤波器所需的降低的动态范围要求：前景模型的减法降低了总前景功率，因此对于固定的动态范围，滤波器可以推向更暗的极限。我们还发现，在前景滤波器中使用的窗口函数的选择可以有一个可观的影响观察带的边缘附近的性能。我们使用来自MWA的较小的3小时数据采样来证明这些效果，并且发现混合滤波和减法去除方法提供了与PAPER-64的情况中所见的跨频带的类似改进。
2019-02-21 astro-ph.CO astro-ph.IM
On the radiative and thermodynamic properties of the extragalactic far infrared background radiation using COBE FIRAS instrument data
使用函数的显式形式描述COBE FIRAS仪器在0.15 - 2.4 THz频率间隔测量的河外远红外背景（FIRB）辐射的平均光谱，计算总发射率、单位面积总辐射功率、总能量密度、光子数密度、亥姆霍兹自由能量密度、熵密度、计算了定容热容、定压热容、焓密度和能量密度。在0.15 ~ 2.4 THz频率区间内接收到的总强度的计算值为13.6 nW m^-2 sr^-1，约占宇宙历史上恒星核合成释放能量的总强度的19.4%。计算了红移z = 1.5时河外远红外背景辐射的辐射函数和热力学函数。
2014-01-17 astro-ph.CO
The Cosmic Infrared Background Experiment (CIBER): A Sounding Rocket Payload to Study the Near Infrared Extragalactic Background Light
宇宙红外背景实验（CIBER）是一套由四个仪器组成的仪器，旨在研究来自地球大气层上方的近红外（IR）背景光。该仪器包包括两个成像望远镜，旨在表征空间各向异性在河外红外背景所造成的宇宙学结构在再电离时期，一个低分辨率光谱仪测量河外红外背景的绝对光谱，和一个窄带光谱仪优化测量的绝对亮度的黄道光前景。在本文中，我们描述的CIBER有效载荷的设计和表征。详细的机械，低温和电气设计的系统，包括所有系统组件的四个仪器。我们提出的方法和设备，用于表征的仪器之前和之后的飞行，并给出了CIBER的飞行剖面和配置的详细描述。CIBER被设计为可回收的，已经飞行了两次，通过对第一次飞行数据的分析，对有效载荷进行了修改。在第二次飞行中，所有四台仪器的性能都符合规格，目前正在分析这次飞行的科学数据。
2011-12-06 astro-ph.CO astro-ph.IM
A Method to Extract the Angular Power Spectrum of the Epoch of Reionization from Low-Frequency Radio Interferometers
来自再电离时期（EoR）的中性氢的红移21厘米信号非常微弱，因此预计第一代低频无线电干涉仪的首次检测是统计性的。本文提出了一种从可见度相关系数p_{ij}（u，v）中提取EoR角功率谱的方法，以代替传统算法中直接由射电干涉仪测量的可见度相关系数V_{ij}（u，v）。通过引入自相关项V_{ii}和V_{jj}，可见度相关系数被定义为p_{ij}（u，v）= V_{ij}（u，v）/ \sqrt{|V_{ii}||V_{jj}|}，使得角功率谱C_{\ell}可以通过C_{\ell} =4pi^2T_0^2<|p_{ij}（u，v）|^2>，与天线的主波束无关。这也部分地消除了接收器增益在C_{\ell}的测量中的影响，因为增益的幅度在<|p_{ij}（u，v）|^2>.我们使用平均系统温度T_0作为C_{\ell}的校准器，在我们感兴趣的200 MHz以下的频率范围内，它由银河系和河外源主导。最后，我们证明了新方法的可行性，使用模拟的天空地图作为目标和21厘米阵列（21 CMA）的干涉仪。
2012-09-24 astro-ph.CO astro-ph.IM
Using strong gravitational lensing to probe the post reionization \HI power spectrum
利用红移的21厘米超精细跃迁谱线探测中性氢（\HI）的统计分布是理解宇宙中物质密度形成和演化的关键。\HI分布的两点统计量可以通过使用可见度相关测量红移的21厘米信号的功率谱来估计。在这方面的一个主要挑战是，预期的信号是微弱的前景相比，从银河系同步辐射和河外点源的观测频率的贡献。在这项工作中，我们探讨了利用星系团的强引力透镜探测红移21厘米信号的功率谱的可能性。这种方法的优点是，它只增强了\HI信号，而不是弥漫的银河前景。基于四个简单的模型的集群潜力，我们表明，强透镜在相对较低的红移与一个以上的暗物质晕显着增强21厘米的信号从后再电离时代。我们讨论的优点和缺点的方法和未来的研究需要进一步调查。
2020-08-21 astro-ph.CO
SARAS 2: A Spectral Radiometer for probing Cosmic Dawn and the Epoch of Reionization through detection of the global 21 cm signal
来自宇宙黎明（CD）和再电离时代（EoR）的全球21厘米信号，在红移$z \sim 6-30$，探测第一辐射源的性质以及银河系间介质（IGM）的物理学。由于该信号被预测为极其微弱，具有宽的分数带宽，并且位于由银河系和河外前景以及射频干扰主导的频率范围内，信号的检测是一项艰巨的任务。实验的关键是通过仪器表示天空信号的方式。设计一个光谱带通和附加杂散可以很好校准的系统，并且任何校准残差都不会模拟信号，这是非常重要的。SARAS是一项正在进行的实验，旨在探测全球21厘米信号。在这里，我们提出的SARAS 2系统的设计理念，并讨论其性能和局限性的基础上，实验室和现场测量。实验室测试结果表明，天线的增益校准和内部添加剂的建模没有留下幅度超过2 mK的傅立叶残差，也没有留下幅度超过2 mK的25 MHz宽度的高斯残差。因此，即使考虑到天线的反射和辐射效率损失，SARAS~2系统也能够探测到复杂的21厘米剖面，其水平与目前流行的热重子演化模型所预测的水平相同。
2017-10-03 astro-ph.CO astro-ph.IM
Influence of sources with a spectral peak in the detection of Cosmic Dawn and Epoch of Reionization
该研究针对具有谱峰的射电源可能破坏低频光谱平滑性、影响宇宙黎明与再电离时期信号探测的问题，通过交叉匹配星表识别出4423个谱峰源，经模拟验证其对信号提取的影响可忽略。
2024-01-31 astro-ph.CO
Modeling the Radio Foreground for detection of CMB spectral distortions from Cosmic Dawn and Epoch of Reionization
在宇宙黎明和再电离过程中，宇宙重子的演化导致了宇宙微波背景（CMB）的21厘米光谱红移畸变。这些编码信息的性质和时间的第一个来源超过红移30 - 6，并出现在米波长作为一个微小的CMB失真随着银河系和河外无线电天空，这是数量级更明亮。因此，检测需要精确的方法来建模前景。我们提出了一种使用最大平滑（MS）函数的前景拟合方法。我们证明了MS函数的有用性，传统上使用的多项式来分离前景的再电离时代（EoR）信号。我们还研究了使用GMOSS，无线电天空的物理动机模型的合理前景的频谱复杂性的水平，并发现它们确实是平滑的，可以通过MS功能建模到足以辨别EoR信号的香草模型的水平。我们表明，MS功能的损失抵抗和鲁棒性保留EoR信号强度和转折点的残差。最后，我们证明，在使用一个良好的校准光谱辐射计和建模前景与MS功能，全球EoR信号可以检测与贝叶斯方法与90%的置信度在10分钟的积分。
2017-05-03 astro-ph.CO
Dark matter powered stars: Constraints from the extragalactic background light
主要是冷的非重子暗物质的存在被几个观测明确地证明了（例如，结构形成，大爆炸核合成，引力透镜，螺旋星系的旋转曲线）。一个很好地激发粒子物理学的候选者是弱相互作用大质量粒子（WIMP）。自湮灭WIMP会影响恒星演化，特别是在早期宇宙中。由自湮灭WIMP暗物质提供能量的恒星与标准恒星相比应该具有不同的性质。虽然直接探测这种由暗物质驱动的恒星似乎非常具有挑战性，但它们的累积发射可能会在弥漫的元星系辐射场中留下印记，特别是在电磁波谱的中红外部分。本文计算了暗物质驱动的恒星（暗星）对河外背景光的可能贡献。它表明，现有的数据和限制的EBL强度已经可以用来排除一些DS参数集。
2012-01-05 astro-ph.CO
Ultraviolet Luminosity Density of the Universe During the Epoch of Reionization
银河系外背景光的空间波动跟踪宇宙中所有恒星和星系的总发射。多波长研究可用于测量宇宙大约5亿年时再电离期间第一个星系的综合发射。在这里，我们报告弧分尺度的空间波动，在最深的天空调查之一，哈勃太空望远镜在五个波段之间的0.6和1.6 $μ$ m。通过模型拟合观测到的强度涨落角功率谱，得到$z$ > 8时星系的紫外光度密度为$\log ρ_{\rm UV} = 27.4^{+0.2}_{-1.2}$ erg s $^{-1}$ Hz $^{-1}$ Mpc $^{-3}$ $(1σ)$ .这种水平的综合光发射允许一个显着的表面密度较暗的原始星系，低于点源检测水平在目前的调查。
2015-09-09 astro-ph.CO
On the Origin of Near-Infrared Extragalactic Background Light Anisotropy
河外背景光（EBL）的各向异性跟踪宇宙历史中光子总产量的变化，并可能包含在星系点源调查中遗漏的微弱，扩展的组件。红外EBL波动被归因于再电离（EOR）时期的原始星系和黑洞，或者是来自恒星的晕内光（IHL），这些恒星在低红移时从其母星系潮汐剥离。我们报告新的EBL各向异性测量从一个专门的探空火箭实验在1.1和1.6微米。观测到的波动超过了已知星系群的幅度，与EOR星系和黑洞不一致，并且在很大程度上可以用IHL发射来解释。测量到的波动与EBL强度有关，该强度与通过计数测量的已知星系的背景相当，因此对宇宙中光子所含的能量有很大的贡献。
2014-11-05 astro-ph.CO
A framework to mitigate patchy reionization contamination on the primordial gravitational wave signal
本文构建自洽的斑块状再电离建模与多观测量联合分析框架，利用kSZ、E模和B模数据约束电子密度斑块性，以消除其对标量张量比r测量的显著偏差。
2023-04-15 astro-ph.CO
The Epoch of Reionization Window: II. Statistical Methods for Foreground Wedge Reduction
为了成功测量21 cm再电离时期（EoR）功率谱，必须稳健地抑制强前景污染物。这些前景来自不同的来源（如银河系同步辐射和河外点源），但几乎所有的共享的属性是光谱平滑，当通过干涉仪的色度响应，占据了一个签名“楔形”在圆柱形$k_\perp k_\parallel$傅立叶空间的区域。前景楔形的补充被称为“EoR窗口”，并且预计大部分是无前景的，允许功率谱的干净测量。本文是前一篇论文的续篇，该论文建立了一个严格的数学框架来描述前景楔形和EoR窗口。在这里，我们使用我们的框架来探索统计方法，通过该方法可以扩大EoR窗口，从而增加功率谱测量的灵敏度。我们适应FKP近似（常用于星系调查）21厘米宇宙学，也比较最佳的二次估计简单的估计，忽略不同傅立叶模式之间的协方差。发现最佳二次估计量可以通过EoR窗口外围功率的额外因子$\sim 10^5$来抑制前景，从而增强对从$12σ$到$50σ$的宇宙学信号的检测在我们的基准模型中再电离的中点。如果数值问题可以处理，去相关技术允许EoR窗口进一步扩大，使测量能够深入前景楔形。这些技术不假设前景是高斯分布的，我们还证明了最后一轮的前景减法可以在去相关后以保证没有宇宙学信号损失的方式进行。
2014-07-24 astro-ph.CO astro-ph.IM
The Atacama Cosmology Telescope: Reionization kSZ trispectrum methodology and limits
本文研究斑块状再电离产生的 kSZ 三谱探测难题，利用 CMB 透镜分析工具抑制噪声与前景污染，并结合 ACT DR6 与 Planck 数据给出比模拟预测高约 50 倍的上限。
2024-05-02 astro-ph.CO
Detection of Signals from Cosmic Reionization using Radio Interferometric Signal Processing
HI 21厘米跃迁线的观测有望成为探索宇宙暗时代和再电离时代的重要工具。检测该信号的挑战之一是前景源去除的准确性。本文研究了河外点源污染以及如何精确地去除亮源（$\gtrsim 1$ ~Jy）以达到期望的RMS噪声并能够探测到21 cm的跃迁线。在这里，我们考虑的位置和通量误差的全球天空模型，这些明亮的来源，以及频率无关的残余校准误差。合成波束是这里包括的唯一频率相关项。这项工作确定的校准和源删除计划的准确性水平，并提出了约束条件，为即将到来的低频阵列，如MWA，纸等宇宙再电离数据还原方案的设计，我们表明，为了检测再电离信号的明亮的源需要从数据集删除的位置精度为$\sim 0.1$弧秒。我们的研究结果还表明，有效的前景源去除策略只能容忍一个频率无关的天线为基础的平均残留校准误差$\lesssim 0.2 %$的幅度或$\lesssim 0.2$度的相位，如果他们是恒定的每一天的观测（6小时）。在未来的论文中，我们将这种分析扩展到功率谱域，还包括频率相关的校准误差和方向相关的错误（电离层，初级束等）。
2009-08-18 astro-ph.CO
Cosmic Dawn and Epoch of Reionization Foreground Removal with the SKA
SKA的特殊灵敏度将允许在光谱和空间上以前所未有的细节观测宇宙黎明和再电离时代（CD/EoR）。这些丰富的信息被埋在银河系和河外的前景之下，必须准确而精确地将其移除，以揭示宇宙学信号。上一代射电望远镜已经解决了这个问题，但SKA的应用在许多方面有所不同。在本章中，我们总结了在高红移和高灵敏度21厘米测量的背景下，前景去除领域的贡献。我们使用最先进的模拟SKA第1阶段观测完成宇宙信号，前景和频率依赖的仪器效应来测试参数和非参数前景去除方法。我们使用几种不同的统计数据比较恢复的宇宙学信号，并探索与SKA最令人兴奋的可能性之一-电离气泡的成像。我们发现，与目前的方法，它是可能的，以极大的精度去除前景，并得到令人印象深刻的功率谱和宇宙学信号的图像。仪器的频率依赖性PSF使这种恢复变得复杂，因此我们将观测带宽分成更小的部分，每个部分具有共同的分辨率。如果前景被允许沿着视线从平滑幂律随机变化，则利用前景的平滑性或其行为的参数化的方法比非参数化的方法受到更多的挑战。然而，我们表明，校正技术可以实现恢复性能的参数化方法，只要一阶近似的幂律的立场。
2015-01-19 astro-ph.CO astro-ph.IM
Systematic Effects of Foreground Removal in 21cm Surveys of Reionization
众所周知，在21 cm勘测中的前景减法去除大尺度功率。我们调查相关的系统性偏差。我们表明，消除大尺度上的视线波动混叠到抑制的3D功率谱在很宽的尺度范围。这种偏差可以通过在1D功率谱中对小k进行边缘化来消除;然而，无偏估计量将具有明显更大的方差。我们还表明，高斯实现的功率谱允许准确和非常快速的蒙特卡罗模拟误差分析，完全非高斯场的重复实现是不必要的。我们进行蒙特卡罗最大似然模拟前景去除产生无偏，最小方差估计的功率谱与Fisher矩阵估计。前景去除也扭曲了21厘米PDF，降低了中性和电离区域之间的对比度。我们表明，这是减法的大尺度模式，这是负责这种失真，它是不太严重的再电离的早期阶段。它可以通过使用更大的带宽来减少前景去除。在再电离的后期阶段，最大的电离区域（仅由前景发射组成）提供了可能允许恢复大尺度模式的校准点。最后，我们还表明：（i）宽频率响应的同步辐射和自由-自由发射将涂抹出的电子动量分布的任何功能，并确保光谱平滑的前景;（ii）河外射电复合线应该是可以忽略的前景。
2011-03-16 astro-ph.CO
The Brightest Galaxies in the Dark Ages: Galaxies' Dust Continuum Emission During the Reionization Era
虽然一半的宇宙星光被尘埃吸收，并以长波长（3 $μ$ m-3 mm）再辐射，但与静止坐标系紫外和光学星系光度函数相比，红外到毫米星系光度函数（IRLF）的约束很差，特别是在z> 2.5时。在这里，我们提出了一个后向演化模型解释数计数，红移分布，并在红外和亚毫米天空的跨带通量密度的相关性，从70 $μ$ m-2毫米，使用的IRLF的再电离时代的模型。模拟亚毫米波地图是通过注入源根据规定的IRLF和流量密度从模型光谱能量分布，反映了在$0<z<5$尘埃恒星形成星系（DSFG）中观察到的SED的分布。我们探讨了两个极端的假设案例研究：一个尘埃贫乏的早期宇宙模型，其中DSFGs的贡献可以忽略不计（$<$ 10%）的综合恒星形成率密度在$z>4$，和一个交替的尘埃丰富的早期宇宙模型，其中DSFGs占主导地位的$\sim$ 90%的$z>4$恒星形成。我们发现，目前的submm/mm数据集并没有明确排除这些极端的模型。我们认为，未来的调查在2毫米将是至关重要的测量IRLF超过$z\sim4$。在本文中开发的模型框架作为一个独特的工具，多波长红外/亚毫米河外数据集的解释，并将使更精细的约束IRLF比可以从直接测量单个星系的综合尘埃排放。
2018-05-25 astro-ph.CO astro-ph.GA
Constraining the CMB Optical Depth Through the Dispersion Measure of Cosmological Radio Transients
最近发现的快速射电暴FRB 150418等河外射电瞬变的色散测度可以用来测量星系际介质中自由电子的柱密度。同样的电子也散射了宇宙微波背景（CMB）光子，影响了宇宙学参数的精确测量。我们探讨了再电离时期（EoR）期间存在的无线电瞬变的色散测量和CMB的总光学深度$τ_{CMB}$之间的联系，表明这种瞬变的存在将提供一个新的灵敏的探测$τ_{CMB}$。作为一个例子，我们考虑FRB的种群。假设它们存在于EoR期间，我们表明：（i）这样的源可以通过测量$τ_{CMB}$来探测再电离历史，精度低于百分之一，（ii）它们可以通过平方公里阵列等仪器进行高显著性检测。
2016-11-02 astro-ph.CO astro-ph.HE
New synthesis models of consistent extragalactic background light over cosmic time
我们提出了新的合成模型的河外背景光（EBL）从远红外（FIR）TeV的伽马射线，强调极紫外（UV）背景，这是负责观测到的电离和热状态的星系际介质在宇宙时间。我们的模型使用更新的值的恒星形成率密度和尘埃衰减的星系，类星体的发射率，并在IGM的H I气体的分布。这些模型中最不确定的两个参数，H I电离光子从星系的逃逸分数和类星体的光谱能量分布（SED），被确定为与H I和He II光电离率的最新测量结果，He II莱曼α有效光学厚度，对H I和He II再电离历史的各种约束以及从软X射线到γ射线的许多局部EBL测量。利用我们以前工作中得到的远红外辐射率，构造了高能发射类星体（即2型类星体和耀变体）的平均辐射强度，计算了从远红外到TeV γ射线的EBL。对于公众使用，我们还提供了EBL模型使用不同的类星体SED在极端紫外能量在很宽的红移范围内。这些可以被用来量化的不确定性的参数来自光致电离模型和数值模拟起源于允许的变化，在紫外线背景辐射。
2019-01-15 astro-ph.CO astro-ph.GA
Impact of polarised extragalactic sources on the measurement of CMB B-mode anisotropies
宇宙学的主要目标之一是在CMB极化场中寻找原始引力波的印记，以探索暴胀理论。探测原始信号的障碍之一是从天体物理污染中提取B模式偏振。我们提出了一个完整的分析河外前景污染由于偏振发射的无线电和尘埃恒星形成星系。我们更新或使用最新的模型，这些模型使用最新的测量结果进行验证。我们预测未来CMB空间或气球实验（IDS，PIPER，SPIDER，LiteBIRD，PICO）以及地面实验（C-BASS，NEXT-BASS，QUIJOTE，AdvACTPOL，BICEP 3 +Keck，BICEPArray，CLASS，SO，SPT 3G，S4）的通量极限（混淆噪声）。望远镜孔径大小（和频率）是影响混淆噪声水平的主要特征。利用射电和尘埃星系的通量极限，并假设它们的极化率为常数，我们计算了三种河外前景（射电源散粒噪声、尘埃星系散粒噪声和星系团）的B模功率谱，讨论了它们的相对能级，并将它们的振幅与张量标量比r参数化的原始张量模的振幅进行了比较。在再电离凸点（l=5），河外前景的污染可以忽略不计。在复合峰（l=80），虽然污染远低于大口径望远镜对r的目标灵敏度，但对于一些中小口径望远镜实验来说，污染水平相当。例如，对于LiteBIRD和PICO空间实验，污染处于原始r的68%置信水平不确定性水平。最后，我们还提供了一些有用的单位转换因子，并给出了一些预测SPICA B-BOP实验。删节
2020-08-25 astro-ph.CO astro-ph.GA
Predictions for the diffuse cosmic dipole at radio frequencies from reionization imprints
宇宙学再电离可以在无线电中通过由红移的21厘米线提供的层析视图和由扩散自由-自由发射进行的集成信息进行研究，耦合到康普顿化失真，在更高的频率相关。目前的预测涵盖了广泛的可能性，而最近的EDGES观测与标准模型不一致，如果得到证实，则需要非标准的物理过程和/或早期的河外源人口，在高红移时产生显著的背景，这几乎与ARCADE 2声称的低频时CMB绝对温度显著过量一致。这些特征可以在全球信号和波动中观察到，从非常大到小的角尺度。观测者相对于静止参考系的特殊运动在各种可观测的量中产生增强效应，在低多极子中尤其是在偶极子中显著，其频谱行为取决于射电发射光谱。我们提出了一个新的调查在射频，旨在预测的印记预期在红移21厘米线信号和扩散自由自由发射加上康普顿失真的几个模型。此外，我们认为相同类型的信号，但预期从宇宙学无线电背景确定的偏移为21厘米线。研究了这些信号的组合及其在各种频率范围内的相关性。这种方法，连接的反射率和各向异性分析，可以应用于广泛的天空覆盖调查，以及天空补丁集。它仅依靠频率间和相对数据校准的质量，原则上不需要精确的绝对校准，这是当前和未来无线电干涉测量设施的一个关键点。
2019-09-17 astro-ph.CO
The Cosmic Infrared Background Experiment-2: An Intensity Mapping Optimized Sounding-rocket Payload to Understand the Near-IR Extragalactic Background Light
CIBER-2是探空火箭实验，通过0.5-2.0微米六波段强度映射和绝对光度测量研究河外背景光，已成功飞行并评估了在轨性能。
2025-10-06 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
A study of fundamental limitations to statistical detection of redshifted HI from the epoch of reionization
在本文中，我们探索的第一次的相对大小的三个基本来源的不确定性，即前景污染，热噪声和样本方差检测HI功率谱的再电离时代（EoR）。我们推导出的傅立叶合成望远镜的灵敏度的限制，以检测EoR的基础上，其阵列配置和统计表示的仪器所作的图像。我们使用Murchison宽场阵列（MWA）的配置为我们的研究。使用一个统一的框架，估计信号和噪声成分的HI功率谱，我们推导出一个表达式，并估计在三维k空间中的河外点源的污染。利用微波辐射计对不同观测模式下EoR HI功率谱检测的灵敏度进行了估算。通过使用128-tile MWA在单个场上进行1000小时的观测，EoR检测是可行的（对于$k\lesssim 0.8$ Mpc $^{-1}$，S/N > 1）。带通整形和改进的EoR窗口被发现是有效的，在包含前景污染，这使得该仪器容忍成像误差。我们发现，对于一个给定的观察时间，观察许多独立的视野并不提供一个单一的现场观察时，热噪声占主导地位的其他不确定性在派生的功率谱的优势。
2013-09-07 astro-ph.CO
Complementing the ground-based CMB Stage-4 experiment on large scales with the PIXIE satellite
我们提出了预测未来的宇宙微波背景（CMB）数据测量的阶段4（S4）代地面实验结合大规模各向异性数据PIXIE卫星的宇宙学参数。我们展示了这两个实验的互补性，并专注于从它们的组合中受益的科学目标。我们表明，宇宙方差有限的测量的光学深度的PIXIE提供的再电离，与错误$σ(τ)=0.002$，是至关重要的，使5 $σ$检测的中微子质量的总和时，与CMB-S4透镜测量相结合，并与较低的红移约束的增长结构和距离的红移关系。表征再电离时期的参数也将受到严格约束; PIXIE的$τ$约束转换为再电离平均时间的$σ(\rm{z_{re}})=0.2$，S4的运动学Sunyaev-Zel 'dovich测量给出了再电离持续时间的$σ(Δ\rm{z_{re}})=0.03$。PIXIE和S4都将对原始张量波动施加强有力的约束，这对于测试早期宇宙模型至关重要，并且将在不同的角度尺度上这样做。我们预测$σ(r)\approx 5\times10^{-4}$的信号与张量标量比$r=10^{-3}$，占弥漫前景去除和去透镜。PIXIE的广泛和密集的频率覆盖导致$r$的预期前景退化因子仅为$\approx$ 25%。通过测量大尺度和小尺度，PIXIE和S4将一起更好地限制暗物质湮灭复合时的能量注入，$p_{\rm ann}<0.09 \times 10^{-6} \ {\rm m^3/s/Kg}$预计置信度为…
2016-11-30 astro-ph.CO
A robust upper limit on N_eff from BBN, circa 2011
我们在这里推导出一个强大的约束的有效中微子数的原始核合成产率的氘和氦的约束。特别是，我们的结果是基于非常弱的假设上的氦丰度的天体物理测定，即恒星加工的最小影响是保持恒定（而不是增加，如预期）的氦含量的低金属气体。利用最近对河外HII区的分析结果作为上限，我们发现在95% C. L.时Δ Neff<= 1，完全独立于来自宇宙微波背景各向异性数据的重子密度测量和中子寿命输入。在我们的方法中，我们还发现，原始核合成本身没有显着的偏好，有效的中微子数大于标准值。因此，文献中有时报道的~2 σ提示仅由CMB数据驱动和/或由可疑的回归协议推断原始氦丰度的测量结果。
2011-06-10 astro-ph.CO
Upper Bound on the First Star Formation History
随着伽马射线观测技术的发展，我们对河外背景光（EBL）性质的认识也有了进一步的提高。在EBL的背景下，一个开放的主题是再电离时代，这是第一批恒星形成历史的重要探测器，所谓的第三星族（Pop III）恒星。虽然Pop III恒星的形成机制在理论上已经有了相当好的理解，但由于它们的模糊性，它们的形成历史仍然笼罩在神秘之中。为了阐明这一问题，我们共同研究遥远天体的伽马射线不透明度和星系际气体研究的再电离约束。通过结合这些研究，我们得到了一个敏感的上限的Pop III恒星形成率密度为$\dotρ_{*}(z)<0.01[(1+z)/{(1+7.0)}]^{3.4}({f_{\rm esc}}/{0.2})^{-1}({C}/{3.0})\ {\rm M}_{\odot} {\rm yr}^{-1}\ {\rm Mpc}^{-3}$在$z\ge7$，其中$f_{\rm esc}$和$C$是电离光子从星系的逃逸分数和星系际氢气的聚集因子。与仅考虑伽马射线不透明度约束的先前研究相比，该限制是$\sim10$倍更严格的约束。即使我们不包括当前的伽马射线约束，结果也不会改变。这是因为探测到的伽马射线源仍然在$z\le4.35$，那里的再电离已经完成。
2013-12-23 astro-ph.CO astro-ph.HE
The Cosmological Impact of Luminous TeV Blazars II: Rewriting the Thermal History of the Intergalactic Medium
宇宙对河外极高能伽马射线（VHEGRs，E>100 GeV）是不透明的，因为它们在河外背景光上湮灭并成对产生。由此产生的超相对论对被假定为通过CMB光子的逆康普顿散射而损失能量。在Broderick等人（2011年，这三篇论文系列的第一篇）中，我们认为超相对论对束中强大的等离子体不稳定性会局部耗散TeV产生的对的动能，加热星系际介质（IGM）。在这里，我们探讨这种加热后的IGM的热历史的影响。我们整理所观察到的河外VHEGR源，以确定一个本地VHEGR加热率和纠正的VHEGR观测使用费米观测的高和中间峰值BL湖的指向性。由于本地河外VHEGR流量占主导地位的TeV耀变体，我们绑TeV耀变体的光度密度的类星体的光度密度，并产生一个VHEGR加热率作为红移的函数。这种加热在z<~4时是相对均匀的，在较高的红移处（z~6处的阶数单位），空间变化增加。这种新的加热过程在低红移处占主导地位，TeV耀变体加热的加入定性和定量地改变了IGM的结构和历史。TeV耀变体产生均匀的体积加热率，足以使平均密度IGM的温度增加近一个数量级，并且在低密度时增加更多，自然产生由Ly-alpha森林的观测推断的倒置状态方程，这一特征难以与标准再电离模型相协调。最后，我们结束了讨论的可能性，检测这种热的低密度IGM，但发现这种测量是目前不可行的。（节略）
2012-05-09 astro-ph.CO astro-ph.HE
The Cosmic Infrared Background Experiment (CIBER): The Low Resolution Spectrometer
1 μm ~ 2 μm漫辐射的绝对分光光度测量对于我们理解宇宙自再电离时代以来核合成的辐射含量、太阳系黄道尘埃云的组成和结构以及星际尘埃散射星光产生的银河漫光至关重要。星载宇宙红外背景实验（CIBER）中的低分辨率光谱仪（LRS）是一台λ/ Δλ \sim 15-30绝对分光光度计，用于精确测量0.75 μm < λ< 2.1 μm的绝对近红外天空亮度。本文介绍了LRS的光学、机械和电子设计，以及飞行前为验证其性能而进行的地面测试、表征和校准测量。LRS的工作规范，实现必要的光学和灵敏度性能。我们描述我们的理解和控制的系统误差的来源，绝对测光的近红外河外背景光。
2011-12-22 astro-ph.CO astro-ph.IM
Primordial Helium And the Cosmic Background Radiation
原始核合成的产物和宇宙微波背景（CMB）光子是宇宙早期演化的遗迹，它们的观测探索了宇宙学的标准模型，并为宇宙学和粒子物理学的标准模型之外的新物理学提供了窗口。在标准的热大爆炸宇宙学中，早在任何恒星形成之前，宇宙中重子质量的很大一部分（~25%）就应该是氦-4核的形式。由于目前的4 He观测仅限于恒星核合成发生的低红移区域，因此对高红移的星前4 He的观测将构成对热大爆炸宇宙学的基本测试。在复合时，在大爆炸核合成（BBN）结束很久之后，CMB上的温度各向异性谱取决于4 He丰度，通过其与电子密度的联系以及电子密度对Silk阻尼的影响。由于4 He的残余丰度对重子的普遍密度相对不敏感，但对非标准的早期宇宙膨胀率敏感，因此4 He的原始质量分数Yp提供了对BBN和CMB的标准模型的一致性的测试，并提供了对非标准物理的约束。在这里，WMAP七年的数据（补充其他CMB实验），这导致在高红移Yp的间接测定，进行比较的BBN预测和独立的，直接的观测4 He在低红移，河外HII地区。目前，由于CMB测定的原始4 He丰度（以及从H II区观测推断的氦丰度）存在很大的不确定性，BBN预测和CMB观测之间的任何差异都很小，在< 1.5 sigma的水平。
2010-04-29 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Bright Source Subtraction Requirements For Redshifted 21 cm Measurements
\hi 21 cm跃迁线有望成为宇宙暗时代和再电离时代的重要探测器。前景源去除是检测这种信号的主要挑战之一。本文研究河外点源污染和如何准确明亮的来源（$\gtrsim 1$ ~Jy）必须被删除，以检测21厘米的发射与即将到来的射电望远镜，如默奇森宽场阵列（MWA）。我们认为在21厘米的地图和功率谱的残留污染，由于在天空模型中的位置误差的明亮的来源，以及频率无关的校准误差。我们发现，0.1角秒的源位置精度将足以检测的\hi功率谱。对于校准误差，需要天线增益幅度的0.05%精度，以便检测宇宙信号。两个减法误差源都产生了在二维功率谱中局部化到小角度尺度的残差，即$\kperp \gtrsim 0.05 $ Mpc $^{-1}$。
2010-05-21 astro-ph.CO
Study of systematics effects on the Cross Power Spectrum of 21 cm Line and Cosmic Microwave Background using Murchison Widefield Array Data
由于银河系和河外前景非常明亮，仪器校准复杂，在再电离时期观测中性氢的21厘米线信号具有挑战性。缓解这些问题的一个合理方法是与其他可观测量的互相关。在这项工作中，我们提出的互功率谱（CPS）的Murchison宽场阵列观测到的无线电图像和宇宙微波背景（CMB），测量普朗克实验之间的第一个结果。我们研究了由于电离层活动的系统学，CPS的依赖组的点，和频率。由于21 cm观测中的前景误差占主导地位，因此所得CPS与零一致。此外，信号的方差表明在小尺度下存在意想不到的系统误差。此外，我们减少了一个数量级的应用程序的前景去除使用多项式拟合方法的误差。基于这些结果，我们发现使用MWA第一阶段检测21 cm-CMB CPS需要去除99.95%以上的前景信号，2000小时的深观测和50%的天空部分覆盖。
2018-11-27 astro-ph.CO
Constraining the near-IR background light from Population-III stars using high redshift gamma-ray sources
费米卫星已经探测到了一些伽马射线暴和活动星系核在高红移z > 1.5处的GeV辐射。我们研究的约束条件，从这些来源的几个地方的伽玛射线的检测人口III星的河外背景光的贡献。来自这些原始恒星的辐射，特别是红移的莱曼α辐射，可以与伽马射线相互作用产生电子-正电子对，并为伽马射线辐射的传播创造一个光学深度，因此探测到10 GeV以上的辐射可以限制这种背景的产生。我们考虑两个初始质量函数的早期恒星，并使用派生的SEDs的每一个把上限的大质量早期恒星的恒星形成率密度从红移6至10。我们的极限与地面TeV尺度观测所确定的高近红外背景通量的极限是互补的，并且表明当前的数据可以将再电离后期的恒星形成限制在0.5 M太阳年^-1 Mpc^-3以下。我们的研究结果还表明，总背景流量从人口III型恒星必须大大低于从分辨率低于1.5微米的波长的星系。
2011-11-09 astro-ph.CO
Leptonic dark matter annihilation in the evolving universe: constraints and implications
宇宙电子和正电子过剩被解释为可能的暗物质（DM）湮灭产物。在这项工作中，我们调查的可能影响，这样的DM湮灭的情况下，在宇宙的演化历史。我们首先计算了河外$γ$ -射线背景（EGRB），它是由DM湮没带电轻子的末态辐射和电子/正电子与宇宙微波背景的逆康普顿散射产生的。DM晕轮廓和最小晕质量，这还没有很好地确定从目前的N体模拟，EGRET和费米望远镜的EGRB数据的约束。然后讨论了轻子DM模型对宇宙演化的影响，如星系际介质的再电离和加热、中性氢21 cm信号和结构形成的抑制等。我们发现，对氢21厘米信号的影响可能会显示有趣的DM湮灭的签名，但对恒星形成的影响并不显着。未来对21 cm信号的观测可用于对DM的性质进行新的约束。
2010-10-01 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Primordial black holes induced stochastic axion-photon oscillations in primordial magnetic field
Center for Advanced Quantum Studies, Department of Physics, Beijing Normal University（北京师范大学前沿量子学中心物理系）
本文研究了由原初黑洞诱导的原始磁场中轴子-光子随机振荡，探讨其对宇宙微波背景、X射线背景和伽马射线背景的影响。
2022-11-18 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
