Keck Spectroscopy of Gravitationally Lensed z=4 Galaxies: Improved Constraints on the Escape Fraction of Ionizing Photons
从年轻的恒星形成星系逃逸的电离光子的比例是确定星系在宇宙再电离中的作用的最大不确定性之一。然而，传统的技术来测量这一部分是不适用于感兴趣的红移由于前景筛选莱曼α森林。在较早的研究中，我们证明了在复合光谱的莱曼break星系在z=4的低电离吸收线的等效宽度减少相比，在z=3的类似措施。这可能意味着中性气体的覆盖率较低，因此电离光子的逃逸率随红移而增加。然而，我们的光谱分辨率不足以区分几种不同的解释，包括流出运动学的红移变化。在这里，我们提出了更高质量的光谱3引力透镜莱曼break星系在z=4的光谱分辨率足以打破这种退化的解释。我们提出了一种方法来推导覆盖分数的低电离气体作为流出速度的函数，并比较结果与类似质量的数据在较低的红移星系。我们发现一个显着的趋势，较低的覆盖率低电离气体的星系与强\Lya发射。结合我们早期工作中\Lya辐射红移的人口统计趋势，我们的结果提供了新的证据，证明了平均H I覆盖分数的减少，从而增加了Lyman break星系电离辐射的逃逸分数，红移。
2013-04-29 astro-ph.CO
The impact of ionizing radiation on the formation of a supermassive star in the early Universe
在一个恒星形成强烈的星系附近，一个巨大的原始晕可能坍缩成一颗超大质量恒星（SMS），并留下一个大约$10^5~M_{\odot}$的大质量黑洞种子。为了研究电离辐射对附近星系SMS形成的影响，我们选择了一对在$z >10$形成的大质量暗物质晕，进行了三维辐射流体动力学模拟。我们发现，丰富的结构，如团块和细丝周围的源星系屏蔽电离辐射的云。事实上，在某些情况下，电离辐射会加速云的坍缩。这一事实表明，云周围的电离有助于它的崩溃。只有在结构形成初期的强辐射才能阻止云的坍缩，但这比观测允许的值要强得多。我们还探讨了电离辐射对68晕样本的影响，通过采用分析模型，发现增加的平均密度的气体之间的SMS形成云和源星系保护电离辐射的气体云，因为它们彼此接近。因此，我们得出结论，电离辐射并不能阻止在大多数情况下形成的SMS。
2017-07-15 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Origin and Optical Depth of Ionizing Radiation in the "Green Pea" Galaxies
虽然来自恒星形成星系的莱曼连续体（LyC）辐射可能驱动了宇宙的再电离，但在低红移的恒星形成星系的观测通常表明低LyC逃逸分数。然而，极端的[O III]/[O II]的z=0.1-0.3的绿豆星系的比例可能是由于高逃逸分数的电离辐射。为了分析这些罕见的，紧凑的恒星爆发的LyC光学深度和电离源，我们比较了星云光电离和恒星星族模型与豌豆的SDSS光谱中观察到的发射线。我们专注于六个最极端的绿豆，具有最高[O III]/[O II]比率的星系和逃避电离辐射的最佳候选人。极端Peas的Balmer谱线等效宽度和He I λ3819发射支持3- 500万年的年轻年龄，而5个极端Peas的He II λ4686发射则表明存在硬电离源。活动星系核或高质量X射线双星的电离与豌豆线比和年龄不一致。虽然堆叠光谱显示没有沃尔夫-拉叶（WR）功能，我们试探性地检测WR功能的SDSS光谱的三个极端豌豆。根据Peas的年龄和谱线比，我们发现WR星、化学均匀的O星或激波都可能产生观测到的He II辐射。如果热星是原因，豌豆的光学深度是模糊的。然而，占发射冲击降低了推断的光学深度，并建议豌豆可能是光学薄。豌豆的年龄可能优化了莱曼连续辐射的逃逸;他们足够老，超新星和恒星风重塑了星际介质，但足够年轻，拥有大量的紫外发光的O或WR星。
2013-01-03 astro-ph.CO
Filamentary Infall of Cold Gas and Escape of Lyman Alpha and Hydrogen Ionizing Radiation from an Interacting High-Redshift Galaxy
我们目前的观测一个特殊的莱曼α发射星系在红移3.344，发现在一个深，盲光谱调查微弱莱曼α发射器与麦哲伦II望远镜在哈勃超深场（HUDF）。该星系表现出复杂的莱曼α发射，包括一个扩展的，不对称的组成部分，部分抑制阻尼莱曼α吸收，和两个空间拉长，狭窄的发射功能。存档的HST ACS成像显示了恒星成分潮汐破坏的证据。这个V=27的星系似乎给了我们前所未有的见解，在高红移结构的形成中的两个基本阶段：气体流入普通星系，和逃逸到星系际介质的电离辐射。中性氢，部分落在一个狭窄的灯丝的形式，似乎发出荧光莱曼α光子引起的恒星电离通量逃离扰动星系。下落的物质可能代表一次冷吸积或相互作用触发的流入。观测到的莱曼α辐射所需的电离光子的速率与观测到的恒星星族产生的光子的速率是一致的，大约50%的电离光子从邻近的星系逃逸并遇到了下落的气体。星系的观测特性支持星系间的相互作用促进莱曼α和电离辐射逃逸的观点。我们认为，像目前的对象的星系可能是常见的高红移。因此，这个星系可能是一个较晚的例子，相互作用的矮星系人口显着贡献的宇宙再电离。
2011-05-24 astro-ph.CO
He II optical depth and UV escape fraction of galaxies
本文研究了高红移星系逃逸的H I电离光子对He II电离紫外背景辐射的影响。虽然这些光子不直接与He II离子相互作用，我们表明，他们发挥了重要的作用，通过辐射传输，在修改的形状，他II电离的UVB光谱的一部分。在所观察到的范围内的紫外线逃逸星系，我们表明，快速增加的He II莱曼α有效光学深度在z~2.7自然可以解释的辐射输运效应。因此，一个很好的测量He II莱曼α有效光学深度和红移之间的关系，在后He II再电离时代，可以用来放置额外的约束从高Z星系的紫外逃逸的红移演化。我们的研究还表明，H I电离光子从星系的逃逸分数有一个重要的作用，在He II电离UVB的波动。
2013-02-26 astro-ph.CO
The galaxies that reionized the Universe
Durham GALFORM半解析星系形成模型在整个红移z=5-10范围内都能很好地再现观测到的星系的静止坐标系1500 nm光度函数。我们表明，在这个模型中，这个星系人口也发出足够的电离光子，以红移z=10，假设一个温和的逃逸分数为20%.Bulk的电离光子产生在昏暗的星系在星系合并引发的星爆宇宙。爆发介绍了一个分散到~ 5德克斯在星系电离光度在一个给定的晕质量。在z=10处发射的电离光子中，几乎90%来自当前观测检测极限以下的星系。这些星系中恒星形成的光致电离抑制不太可能对这一结论产生重大影响，因为为恒星爆发提供燃料的气体已经从其宿主晕中冷却出来。在z=10处电离辐射率占主导地位的星系是暗淡的，M_{1500, AB} ~-16，恒星形成率低，\dot{M_{*}} ~ 0.06 h^{-1} M_sun yr^{-1}，并且存在于质量为M ~ 10^9 h^{-1} M_sun的晕中。
2010-08-10 astro-ph.CO
The Effect of Galactic Properties on the Escape Fraction of Ionizing Photons
早期星系电离光子的逃逸分数fesc是决定z > 6的观测星系是否能够重新吸收高红移星系际介质的关键参数。以前测量fesc的尝试发现了一个很大的范围，从小于0.01到接近1。而不是找到一个单一的fesc值，我们澄清了通过模拟星系的内部属性如何影响fesc通过密度和分布的中性氢在星系内，随着电离光子的生产率。我们发现，逃逸分数敏感地依赖于覆盖因子的团块，随着密度的丛生和interclump介质。因此，在处理非均匀介质时必须谨慎。更少的高密度团块比更多的低密度团块导致更大的逃逸分数。当更多的电离光子在恒星暴中产生时，fesc增加，因为光子更容易从气体层中逃逸。预测的逃逸分数的巨大变化，由氢分布的差异引起，可以解释星系之间观测到的fesc的巨大差异。fesc值也必须与再电离历史相一致。大质量星系本身无法使宇宙膨胀，因为需要fesc > 1。实现再电离需要小星系，过去的平均逃逸分数更大。
2011-02-22 astro-ph.CO
New Measurements of the Ionizing Ultraviolet Background over 2 < z < 5 and Implications for Hydrogen Reionization
我们提出了新的测量电离紫外背景的强度和电离光子超过2 < z < 5的全球发射率。我们的研究结果是基于一套更新的测量高红移星系际介质（IGM）的物理性质，包括气体温度和不透明度的IGM的Ly-alpha和电离光子。与以前的工作一致，我们发现氢的光电离率在2 < z < 5范围内相对平坦，尽管我们的测量值比Faucher-Giguere等人2008年的值大约高出两倍，这主要是因为我们的气体温度较低。我们得到的电离发射率也普遍高于其他最近的估计，由于较低的气体温度，较高的电离不透明度，和宇宙学辐射转移效应的会计相结合。我们发现的证据表明，发射率从z~3增加到5，达到约5电离光子每原子每千兆年在z=4.75为现实的星系光谱。我们进一步发现，星系必须主导发射率在z > 4，并可能在所有红移z > 2.4附近的1 Ryd。我们的结果表明，恒星形成星系的全球平均电离“效率”随着红移超过3.2 < z < 4.75而显著增加。这一趋势与再电离模型中经常得出的结论是一致的，即星系在再电离过程中的电离效率必须更高，以便使星系将IGM恢复到z=6。我们在z~5处的发射率值表明，在再电离的最后阶段，电离光子的丰度可能比先前指出的高出两倍。此外，电离发射率在2 < z < 5范围内的演变表明，光电离率从z~5到6的急剧下降可能表明z > 5时平均自由程的快速演变。
2013-08-29 astro-ph.CO
Metals and ionizing photons from dwarf galaxies
我们估计了M < 10^9 Msun的矮星系对银河系环境或环银河系介质的再电离和早期金属富集的潜在贡献。我们的方法是使用在附近矮星系中测量的古老恒星（> 12 Gyr年龄）的观测特性来表征高z下的恒星形成。我们使用合并树模型的银河系，自洽帐户的反馈过程中，并校准，以匹配当今的银河系及其矮卫星的属性的建设。我们发现，附近矮星系的高z类似物可以产生大部分的电离辐射（>80%），需要恢复银河系环境。我们的基准模型表明，10^7 Msun < M < 10^8 Msun的星系在z ~ 8处的气体环境可以被再电离50%。在稍后的时间，辐射反馈停止了这些小系统中的恒星形成，并在z_rei = 6.4 \pm 0.5时由更大质量的矮星系完成再电离。M < 10^9 Msun的矮星系在超新星驱动下喷出的金属几乎均匀地充满了银河系环境，使其富集到Z ~ 2 10^-2 Zsun。在z ~ 2处，这些早期金属仍然占环银河系介质中重元素总质量的50%。
2013-09-26 astro-ph.CO
Radiative Regulation of Population III Star Formation
我们探讨紫外线（UV）辐射的影响，从大规模的第三族（Pop III）的恒星25，40，80，和120 M_太阳对随后的Pop III恒星的形成。本文特别关注辐射反馈对源Pop III星质量的依赖性。来自源星的紫外线辐射可以通过光加热和光解离过程阻碍次级恒星的形成。最近，Susa & Umemura（2006）的研究表明，在120$M_sun的PopIII星中，电离辐射可以抵消H_2离解辐射的负效应，因为电离锋前形成的H_2壳层可以有效地屏蔽H_2离解辐射。另一方面，当源星质量较小时，由于H_2离解光子数与电离光子数的比值变大，H_2离解辐射的负反馈可能占主导地位。为了研究小质量恒星的辐射反馈效应，我们进行了三维辐射流体动力学模拟，包括电离辐射和H_2离解辐射的辐射转移效应。结果表明，当源星质量小于~25M_sun时，电离辐射不能抑制H_2离解辐射的负反馈。因此，这些质量较小的恒星周围的云的命运完全取决于来自源星的H_2离解辐射通量。通过对H_2壳层的形成及其屏蔽效应的解析估计，导出了辐射流体动力学反馈依赖于源星质量的判据。
2009-02-16 astro-ph.CO
The escape fraction of ionizing photons from high redshift galaxies from data-constrained reionization models
高红移星系电离光子的逃逸分数f_{esc}是理解宇宙再电离和恒星形成历史的关键参数。然而，尽管作出了许多努力，但在很大程度上仍然不确定。我们提出了一种新的，半经验的方法的基础上，同时匹配的最近确定的亮度函数（LF）的星系在红移范围6 \leq z \leq 10与再电离模型的各种实验数据的约束。从这个过程中，我们得到了f_{esc}的最佳拟合值及其2 σ极限的演变。我们发现，在星系总体上取平均值，（i）逃逸分数从z=6时的f_{esc} = 0.068_{-0.047}^{+0.054}增加到z=8时的f_{esc} = 0.179_{-0.132}^{+0.331};（ii）在z=10时，我们只能设定f_{esc} > 0.146的下限。因此，尽管误差很大，但有迹象表明，从z=6到z=8，平均逃逸分数增加了2.6倍，这可能部分地缓解了“饥饿再电离”问题。
2012-09-26 astro-ph.CO
Lower Redshift Analogues of the Sources of Reionization
已知的类星体数量似乎不足以产生使宇宙再电离所需的电离通量。另一种选择，星系作为电离光子的来源，遇到的问题是，已知类型的星系几乎完全不透明的电离光子。要使再电离发生，要么需要大量的（大部分未被发现的）源，要么已知的星系群在过去需要有更大的电离辐射逃逸分数。本文讨论了最近发现的具有非对称、扩展的莱曼α发射区的微弱z~3莱曼α发射体，它们显然与相互作用星系有关。这些物体形状异常的线条轮廓和基本的恒星星族表明，存在着损坏的气体晕、气体的注入、潮汐或剥离的恒星特征以及年轻的热恒星群，这些都有助于释放电离辐射。随着星系间的相互作用和合并随着红移的增加而增加，这些效应只会在早期变得更加重要，因此这些相互作用的z~3天体可能是较晚的，红移较低的再电离源的类似物。
2012-06-29 astro-ph.CO
A Refined Estimate of the Ionizing Emissivity from Galaxies at z~3: Spectroscopic Follow-up in the SSA22a Field
我们研究了恒星形成星系对z~3电离背景的贡献，建立在以前的工作基础上的窄带（NB 3640）成像在SSA 22 a领域。我们使用新的Keck/LRIS光谱的莱曼break星系（LBG）和窄带选择的Lya发射体（LAEs）测量红移的16个LBG和87 LAEs在z>3.055，这样我们的NB 3640成像探测莱曼连续（LyC）区域。当我们包括现有的一组光谱确认的LBG时，我们的z>3.055的总样本由41个LBG和91个LAE组成，其中9个LBG和20个LAE在我们的NB 3640图像中被检测到。结合我们的成像和光谱数据集，我们严格调查NB 3640发射检测到的LBG和LAEs的起源。我们从我们的样本中删除3 LBG和3 LAE与光谱证据的污染，其NB 3640通量的前景星系，和统计模型的影响，额外的，身份不明的前景污染物。对于我们的LBG样品，所得到的污染和LyC检测率分别为62 +/-13%和8 +/-3%，对于我们的LAE样品，分别为47 +/-10%和12 +/-2%。相应的非电离紫外线与LyC通量密度之比，经星系际介质（IGM）衰减校正后，LBG为18.0 + 34.8/-7.4，LAE为3.7 + 2.5/-1.1。我们使用这些比率来估计恒星形成星系的电离背景和IGM中的氢光电离率的总贡献，发现值大于，但与Lya森林中测量的值一致。最后，测得的UV与LyC通量密度比表明，…
2013-01-02 astro-ph.CO
Escape of ionizing radiation from high redshift dwarf galaxies: role of AGN feedback
虽然低质量的恒星形成星系通常被认为是再电离的主要驱动力，但它们对宇宙紫外线背景的实际贡献仍然不确定，主要是因为电离光子的逃逸分数仅受到很差的限制。理论研究表明，有效的超新星反馈是创造电离辐射可以逃逸到星系际介质的路径的必要条件。我们调查的可能性，吸积超大质量黑洞在早期矮星系可能会提供额外的反馈和增强电离辐射泄漏。我们使用一系列高分辨率的宇宙辐射流体动力学模拟，我们隔离不同的反馈源。我们发现超新星反馈阻止了黑洞的增长，从而淬灭了与之相关的反馈。即使在黑洞可以生长的情况下，星际介质的结构也受到超新星反馈的强烈控制。我们的结论是，在矮星系制度，超大质量黑洞似乎并没有发挥重要作用，提高逃逸分数，并在早期的紫外线背景。
2017-12-15 astro-ph.CO astro-ph.GA
Radiative transfer of ionizing radiation through gas and dust: stellar source case
我们提出了一个新的尘埃扩展的蒙特卡罗辐射转移代码崩溃，这使它能够模拟电离辐射的传播通过气体和尘埃的混合物。新的代码适用于研究理想的银河H II区域和小尺度再电离尘埃吸收的影响。我们发现，H II区域的大小减少了尘埃的存在，而它们的内部温度和电离结构基本上不受影响。在小尺度再电离模拟中，尘埃使电离锋变硬，延迟了电离泡的重叠。研究发现，这种效应仅微弱地取决于密度较低地区假设的尘埃丰度。
2018-09-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
Star-forming Galactic Contrails at z=3.2 as a Source of Metal Enrichment and Ionizing Radiation
在GOODS-N场中，观测到一个红移为3.216的Lyman α发射晕，它位于几个Lyman α灯丝的会聚处。哈勃望远镜的图像显示，一些暗条中居住着星系。视野中的几个星系有明显的头尾结构，它们部分地相互对齐。大多数尾巴的蓝色暗示着年轻恒星的存在，至少有一个星系的辐射明显由高等效宽度的莱曼α控制。在线性范围至少为90千秒差距的区域内可以看到微弱、更加分散、同样细长的明显恒星特征。最亮星系的几角秒内的区域表现出HeII，NV和各种低电离金属线的空间扩展发射。目前的气体动力学特征强烈地让人联想到冲压压力剥离星系，包括最近的恒星形成的证据在剥离的尾迹。几个星系外观的空间梯度可能代表一个星系流从较冷的星系际介质到较热的星系际介质。从下降的星系中剥离气体，结合恒星形成和星系尾迹中的恒星反馈的发生，表明高红移星系际介质的金属富集机制不依赖于远程星系风，同时为电离辐射从星系中逃逸开辟了道路。
2013-05-24 astro-ph.CO
Powering reionization: assessing the galaxy ionizing photon budget at $z < 10$
我们提出了一个新的分析电离发射率（$\dot{N}_{\rm{ion}}$，s $^{-1}$ Mpc $^{-3}$）的星系在再电离的时代和他们的潜力完成和维持再电离。我们使用广泛的SED模型-结合两个合理的机制莱曼连续光子逃逸-探索电离效率的范围和演变与星系颜色的新结果（$β$）在这个时代。我们估计$\dot{N}_{\rm{ion}}$的光度和恒星形成率密度在$z<10$的最新观测，概述了与我们的新模型一致的发射率历史的范围。鉴于越来越多的观测证据的紫外线的颜色，在高红移星系的星等关系，我们发现，任何合理的星系性质的演变，红色（较亮）的星系产生电离光子的效率较低比他们的蓝色（较暗）的同行。在$β$中红移和光度演化的假设导致了两个重要的结论。首先，星系的电离效率自然地随红移而增加。其次，对于一个光度依赖的电离效率，我们发现，星系下降到一个单独的$M_{\rm{UV}} \approx -15$静止帧的幅度可以产生足够数量的电离光子，以维持再电离早$z\sim8$的聚集因子为$C_{\rm{H {\small II}}} \leq 3$。
2015-05-07 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Origin and Optical Depth of Ionizing Photons in the Green Pea Galaxies
我们对高红移星系中辐射反馈和恒星形成的理解受到低红移星系中类似系统的稀有性的阻碍。然而，最近发现的绿豌豆（GP）星系在形态和恒星形成率方面与高红移星系相似，是探测电离光子产生和传输的重要工具。GPS包含大量的星团，它们发出大量的高能辐射，如强烈的[OIII] 5007发射和HeII 4686发射所示。我们重点研究了6个[O III] 5007，4959/[O II] 3727 ~10或更高比值的GP星系。如此高的比率指示具有高电离参数或低光学深度的气体。GP线的比率和年龄指向化学均匀的大质量恒星，沃尔夫-拉叶星，或冲击电离作为最有可能的来源，他II的排放。包括冲击电离在内的模型表明，GP可能具有较低的光学深度，这与电离光子沿着最近超新星产生的通道逃逸的情况一致。GP和类似的星系可以通过揭示电离光子如何从大质量星团传播到星系际介质来揭示宇宙再电离的新情况。
2014-03-31 astro-ph.CO astro-ph.GA
Fluctuating feedback-regulated escape fraction of ionizing radiation in low-mass, high-redshift galaxies
低质量星系被认为提供了宇宙再生所需的大部分电离辐射。逃离星系的光子数量在理论上没有得到很好的限制，也很难通过观测来测量。然而，它是再电离模型的一个基本参数。我们详细研究了电离辐射如何从高红移星系泄漏。为此，我们使用了一系列高分辨率的辐射流体动力学模拟，在宇宙学背景下放大三个矮星系。我们发现，从超新星爆炸的能量和动量输入有一个调节逃逸分数的关键作用，通过破坏致密的恒星形成团块，并清除在晕视线。在没有超新星的情况下，光子被吸收得非常局部，在大质量恒星的诞生云中。我们遵循逃逸分数的时间演化，并发现它可以变化超过六个数量级。这解释了先前研究发现的逃逸分数值的大分散性。这种快速的变化也影响了再电离源的可观测性：即使像$M_{\rm UV} = -14$这样深的调查也会错过大约一半的莱曼连续辐射源。
2017-05-02 astro-ph.CO astro-ph.GA
Discovery of an Ionizing Radiation Field in the Universe
我们提请注意的观测证据表明，一个众所周知的宇宙天体弥漫紫外线背景辐射场的相当大的一部分，实际上是由于不尘埃散射星光，而是-考虑到其光谱特性在天空中的大多数位置-有一个未知的物理起源。我们得出这个结论是通过重新检查漫射紫外线背景的光谱，这些光谱是很久以前用两艘旅行者号宇宙飞船上的紫外线光谱仪获得的，它们位于我们太阳系的很远的地方，而且位置非常不同。对于这部分新发现的辐射，既没有合理的，也没有不合理的传统天体物理学来源，我们推测，我们观察到的光子起源于组成无处不在的暗物质的粒子的非常缓慢的衰变，我们知道暗物质包裹着我们的银河系。不管这是否真的是辐射源，这个新的辐射场延伸到912光年以下，所以我们终于找到了重新电离宇宙的辐射。
2018-05-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
On the hardening of the ionizing radiation in HII regions across galactic discs through softness parameters
本文研究了HII区电离团簇的辐射硬度。首先，我们探讨了软参数的适用性，最初定义在光学对连续的电离阶段相同的物种。随着红外空间天文台的出现，这一定义已扩展到中红外。我们表明，柔软度参数，确定在光学和中红外波长，是敏感的有效温度使用的样本中的两个光谱制度的数据。这一点可以通过与光电离模型网格的数据比较得到证实，尽管即使对于不同的恒星模型大气，也没有发现完全一致的结果。最后，我们表明，这两个软参数是一致的，在螺旋星系盘的HII区域的电离辐射的硬度的径向变化的搜索。我们发现了一系列的趋势，从显示明显梯度的星系到显示非常平坦的星系。虽然这些梯度的可探测性和斜率可以通过所研究的HII区域的大小和光度来改变，但看起来它们的存在与星系的质量和类型有关，因此与整个盘的性质有关。
2009-08-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
Dwarf Galaxies with Ionizing Radiation Feedback. I: Escape of Ionizing Photons
我们描述了一种新的方法来模拟电离辐射和超新星反馈的类似物的低红移星系盘。在这种方法中，我们称之为恒星形成分子云（SFMC）粒子，我们使用射线跟踪技术来解决辐射转移方程的紫外光子发射的数千个不同的粒子在飞行中。结合3.8pc的高数值分辨率，对恒星反馈的真实描述有助于自我调节恒星的形成。这种新的反馈方案也使我们能够研究电离光子从恒星形成团和星系中的逃逸，并研究恒星形成气体团的演化环境。通过模拟2.3e11Msun晕中的银盘，我们发现在2000万年的时间里，旋臂上所有辐射源（不包括中心2.5kpc）的平均逃逸分数在0.08%~ 5.9%之间波动，平均值为1.1%。从这些源逃逸的光子通量并不强烈，但表现出一个大的开角超过60度的银根极。此外，我们研究了每个SFMC粒子的逃逸分数f_esc（i），以及它如何随着粒子年龄的变化而演变。我们发现，平均逃逸分数f_esc由少数具有高f_esc（i）的SFMC粒子控制。平均而言，SFMC粒子的逃逸分数从其诞生时的0.27%上升到粒子寿命结束时的2.1%，6百万年。这是因为SFMC粒子从它们诞生的致密气体团中漂移出来，并且因为恒星形成团周围的气体被电离辐射和超新星反馈分散。在这项研究中建立的框架带来了更深入的了解光子逃逸分数的物理从一个单独的恒星形成的团块，从星系盘。
2018-03-09 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Keck Lyman Continuum Spectroscopic Survey (KLCS): The Emergent Ionizing Spectrum of Galaxies at $z\sim3$
我们提出的深光谱调查的结果，旨在量化的电离光子逃逸的恒星形成星系在z~3的统计。我们测量电离与非电离UV通量密度<f900/f1500>_obs的比率，其中f900是在[880，910] A范围内评估的平均通量密度。我们通过分析由子样本形成的高S/N复合光谱来量化电离与非电离UV通量密度的出现比，子样本具有共同的观察特性和数量，足以降低模型IGM+CGM校正中的统计不确定性，以获得<f900/f1500>_out的精确值，包括全样本平均值<f900/f1500>_out= $0.057\pm0.006$。我们进一步表明，<f900/f1500>_out随着Ly $α$静止等效宽度单调增加，从而与作为副产品的紫外发光度呈负相关。我们使用恒星光谱合成与ISM模型一起拟合合成光谱，其中恒星连续谱的一部分f_c被柱密度为N（HI）的气体覆盖。结果表明，复合光谱同时约束了（L900/L1500）_int和fc，N（HI），E（B-V），以及电离光子的绝对逃逸分数$f_{esc,abs}$的内禀性质.我们发现一个样本平均$f_{esc,abs} =0.09\pm0.01$，子样本下降沿线性关系$\langle f_{esc,abs}\rangle \sim 0.75[W(Lyα)/110 A]$。我们利用FUV光度函数、分布函数$n[W(Lyα)]$以及$W(Lyα)$和<f900/f1500…
2018-11-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
The duration of reionization constrains the ionizing sources
我们调查的性质的星系，再电离宇宙影响的持续时间。我们对比两组模型：一个在其中星系的光度函数的暗淡的一面占主导地位的电离发射率，和第二个在其中星系的光度函数的明亮的一面占主导地位。光度函数的暗端演化缓慢，因此第一组模型中从大部分中性状态到大部分电离状态的转变比第二组模型需要更长的时间。现有的观测对这一转变持续时间的限制相对较弱，但从表面上看，更倾向于亮面星系起主要作用的模型。从再电离时代开始，对宇宙微波背景中的动力学Sunyaev Zeldovich效应的测量也指向同一方向。
2018-03-27 astro-ph.CO astro-ph.GA
Synthetic nebular emission from massive galaxies II: ultraviolet-line diagnostics of dominant ionizing sources
我们计算合成光学和紫外线（UV）发射线特性的星系在一个完整的宇宙学框架耦合，在后处理，新一代的星云发射模型与高分辨率，宇宙学放大模拟的大规模星系。我们的自洽模型解释了年轻恒星和吸积黑洞（BH）的星云发射。我们调查的光学和紫外线诊断图，可以最好地帮助辨别的主要电离源之间的BH吸积模型星系中的恒星形成率的比率，在广泛的红移跟踪。在低红移，模拟的恒星形成星系，星系占主导地位的活动星系核和复合星系的标准选择标准在经典的[OIII] $λ$ 5007/H $β$与[NII] $λ$ 6584/H $α$图适当区分。然而，在红移$z \gt 1$处，这张光学图无法区分金属丰度低于$0.5\ Z_\odot$的活跃星系和不活跃星系。为了对这些在早期宇宙中占主导地位的贫金属星系的电离辐射进行强有力的分类，我们确认了3个先前的，并提出了11个新的基于UV发射线的等效宽度和光度比的诊断图，如EW（OIII] $λ$ 1663）对比OIII] $λ$ 1663/HeII $λ$ 1640，CIII] $λ$ 1908/HeII $λ$ 1640对比OIII] $λ$ 1663/HeII $λ$ 1640，和CIV $λ$ 1550/CIII] $λ$ 1908对比CIII] $λ$ 1908/CII $λ$ 2326。我们制定了相关的UV选择标准，并讨论了我们的结果的一些警告（例如，HeII $λ$ 1…
2018-11-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
The THESAN project: ionizing escape fractions of reionization-era galaxies
再电离宇宙的一个基本要求是，星系发射的电离光子中有足够的一部分成功地逃逸到星系际介质中。然而，由于高红移观测数据的缺乏，驱动再电离的来源仍然不确定。在这项工作中，我们计算电离逃逸分数（$f_{\rm esc}$）的再电离时代的星系从国家的最先进的THESAN模拟，它结合了一个准确的辐射流体动力学求解器AREPO-RT与久经考验的IllustrisTNG星系形成模型，以自洽地模拟小尺度的星系物理和大尺度的再电离在整个宇宙的大片（$L_{\rm box} = 95.5\,\rm cMpc$）。这使得许多大质量晕（$M_{\rm halo} \gtrsim 10^{10}\,{\rm M_{\odot}}$）的形成，这在以前的研究中往往是统计上代表性不足，但被认为是重要的，以实现快速再电离。我们发现，低质量星系（$M_{\rm stars} \lesssim 10^7\,{\rm M_{\odot}}$）是$z \gtrsim 7$以上的再电离的主要驱动力，而高质量星系（$M_{\rm stars} \gtrsim 10^8\,{\rm M_{\odot}}$）在较低的红移占主导地位的逃逸电离光子预算。晕逃逸分数的变化降低了更高质量的晕，这可以从更稳定的银河系结构，SFR稳定性，以及每个晕内的视线分数显着贡献逃逸通量来理解。我们表明，尘埃是能够减少逃逸分数的大质量星系，但对全球$f_{\…
2023-01-31 astro-ph.CO astro-ph.GA
The effect of ionizing background fluctuations on the spatial correlations of high redshift Ly$α$-emitting galaxies
我们研究了变星系光电离紫外背景（UVBG）的涨落对Ly $α$发射星系团簇的可能影响，并通过调制系统周围气体的电离能级来研究。在红移$z > 5$处，即使假设星系际介质的再电离已经完成，涨落也足够大，以至于它们可以不可忽略地增强，甚至可能主导角关联函数，其尺度高达几百弧秒。虽然在$z \sim 5.7$的观测比较是统计上一致的，没有影响的UVBG波动，允许波动开放的范围内可接受的模型，包括那些相对较低的偏置因子的Ly $α$发射星系。在这种情况下，在近似的红移范围$3 < z < 7$的Ly $α$发射体的偏置因子的演变对应于一个几乎恒定的晕质量的Ly $α$发射星系的$\sim 10^{10.5}\,M_\odot$。
2022-08-08 astro-ph.CO astro-ph.GA
The VANDELS survey: the ionizing properties of star-forming galaxies at $3 \leq z \leq 5$ using deep rest-frame ultraviolet spectroscopy
本研究利用VANDELS巡天深紫外光谱，发现低质量、蓝斜率及强Lyα发射星系具有更高电离光子逃逸率和产生效率，表明再电离纪元电离预算可能由暗弱低质量无尘星系主导。
2023-05-10 astro-ph.CO astro-ph.GA
Dwarf Galaxies with Ionizing Radiation Feedback. II: Spatially-resolved Star Formation Relation
我们调查的空间分辨的恒星形成关系，使用一个全面的高分辨率（3.8 pc）模拟中形成的星系盘。我们的新实现的恒星反馈包括电离辐射以及超新星爆炸，我们处理电离辐射的解决辐射转移方程，而不是由一个亚网格模型。恒星辐射产生的光加热使气体稳定，防止金斯碎裂，降低恒星形成率。由于我们自洽地计算出电离气体的位置，我们能够对恒星形成示踪物进行空间分辨的模拟观测，如H-α发射。我们还可以观察到恒星反馈如何在电离气体和分子气体之间的相关性中表现出来。将我们的技术应用于2.3e11 Msun的星系晕中的圆盘，我们发现恒星形成率密度（由模拟H-α发射估计）和分子氢密度之间的相关性显示出很大的分散性，特别是在<~75 pc的高分辨率下，这些分辨率与巨分子云（GMC）的大小相当。这是因为GMC大小的孔径只捕捉GMC演化的特定阶段，并且因为H-α追踪恒星形成区域周围的热气体，并从分子氢峰本身取代。通过研究星团周围不断变化的环境，我们推测，传统的肯尼库特-施密特型恒星形成定律在小尺度上的崩溃进一步得益于恒星从其出生地漂移的组合，以及通过恒星反馈分散的分子云。
2018-03-09 astro-ph.CO astro-ph.GA
Escape fraction of ionizing photons from high-redshift galaxies in cosmological SPH simulations
结合三维辐射转移（RT）计算和宇宙学SPH模拟，研究了z=3-6的高红移星系电离光子逃逸率（f_esc）.我们的模拟覆盖了晕的质量范围M_h = 10^9 - 10^12 M_sun。我们用真实辐射转移（ART）程序对几百个模拟星系进行了后处理，研究了fesc对晕质量的依赖性。在本文中，我们仅限于从每个暗物质晕中的本地恒星星族的恒星辐射传输。我们发现，随着晕质量的增加，平均fesc急剧下降，与一个大的分散较低的质量晕。Mh ~ 10^9 Msun的低质量晕具有较大的fesc值（平均值约为0.4），而Mh ~ 10^11 Msun的大质量晕具有较小的fesc值（平均值约为0.07）。这是因为在我们的模拟中，大质量晕在气体分布中显示出更多的团块结构，恒星形成区域嵌入这些团块中，使得电离光子更难逃逸。另一方面，在低质量晕中，由于年轻星团的位置偏离了暗物质晕的中心，经常会出现高度电离气体的锥形区域，这使得电离光子比在高质量晕中更容易逃逸。通过计算逃逸电离光子的数量，我们证明了恒星形成星系可以在z=3-6时包围星系际介质。电离光子的主要贡献者是Mh < 10^10 Msun的晕，这是由于它们的高fesc。f_esc的大的分散表明，在再电离的早期阶段，即使具有相同的质量，在晕周围也可能存在不同尺寸的H{ \sc ii}气泡。我们还研究了紫外背景辐射场对fesc的影响，使用简单的，四种不同的紫外…
2010-11-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
(Re)Solving Reionization with Lyα: How Bright Lyα Emitters account for the $z\approx2-8$ Cosmic Ionizing Background
来自恒星形成星系的宇宙电离发射率长期以来一直被锚定到紫外光度函数。在这里，我们介绍了一个发射率框架的基础上LY $α$发射器（LAEs），这自然是在负责电离背景的星系的子集，由于生产和逃逸的LY $α$和LyC光子之间的密切联系。利用明亮LAEs逃逸分数的约束（$L_{\rm{Lyα}}>0.2 L^{*}$）在$z\approx2$从解决的Ly $α$配置文件获得，并认为他们的红移不变性，我们表明：（i）类星体和LAE一起在$z\approx2-6$处再现了相对平坦的发射率，这是不平凡的，因为在这些时期，恒星形成密度和类星体数量密度都有很强的演化，以及（ii）在合理的假设下，LAE在$z\approx6-9$之间产生延迟和快速的再电离。在此框架内，在$z\approx3-7$之间的UV总体平均$f_{\rm{esc}}$中的$>10\times$上升自然地由于驱动具有红移的Ly $α$发射体分数增长的相同现象而出现。一般来说，LAE占主导地位的发射率产生的电离预算与紫外光度的分布中的峰值，在最新的模拟报告。使用我们采用的参数（$f_{\rm{esc}}=50\%$，$ξ_{\rm{ion}}=10^{25.9}$ Hz erg $^{-1}$为一半的明亮LAEs），一个高度电离的少数星系与$M_{\rm UV}<-17$占整个电离预算从恒星形成的星系。这种罕见星系的LyC快速闪光…
2022-03-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
Determining the escape fraction of ionizing photons during reionization with the GRB derived star-formation rate
在分析星系再电离时代和早期星系形成的过程中，逃逸出宿主星系并因此能够吸收星系间介质（IGM）中氢的电离光子的比例是一个关键参数。再电离历史的研究通常会受到高红移星系将质量转化为恒星的效率和电离光子逃逸分数之间的未知值的简并。最近的伽马射线暴（GRB）测量的恒星形成率密度在再电离提供了第一个机会，打破这种简并。我们面对一个半解析模型与GRB衍生的恒星形成率，以及观测的Ly-alpha森林和CMB的再电离。假设在恒星形成星系中产生的紫外光子主导再电离过程，我们证明了对于我们的基准模型，来自高红移星系的电离光子的逃逸分数为~5% [log（f_esc）=-1.35+/-0.15（68%）]。该值相对于建模中的不确定性是相当稳定的，包括辐射反馈的实施、演化逃逸分数的可能性以及IMF的未知形状，这些因素对逃逸分数值的额外系统不确定性的贡献总计约为0.2 dex。
2009-08-03 astro-ph.CO astro-ph.GA
Ionization State of Inter-Stellar Medium in Galaxies: Evolution, SFR-M_star-Z Dependence, and Ionizing Photon Escape
利用电离参数敏感线比[OIII]5007/[OII]3727和光电离模型，系统地研究了z=0-3的星系中星际介质的电离态，其中包括文献中的140，000个SDSS星系和108个中高红移星系。我们确认z=2-3的星系的[OIII]/[OII]比值明显高于SDSS中典型的恒星形成星系，其系数大于10倍，光电离模型显示这些高z星系的电离参数log（qion/cm s^{-1}）约为7.6-9.0，比本星系高4-10倍。对于任何红移的星系，我们确定了[OIII]/[OII]比值与恒星形成率（SFR），恒星质量（M_star）和金属丰度（Z）的星系整体性质之间的相关性。本文推广了基本金属丰度关系式（FMR），发展了基本电离关系式（FIR），即电离参数、SFR、M_star和Z的四维关系式。中z和高z星系（z~3）遵循由局域星系定义的FIR，而FMR则可能从z~2演化到z~ 3。我们发现，在忽略电离参数差异的情况下，z~2-3星系的FMR演化出现，而在高电离参数的z~3星系的平均金属丰度解中，FMR演化不存在。有趣的是，这两个局域Lyman连续发射星系（LyC泄漏星系）都有很高的[OIII]/[OII]比值，表明[OIII]/[OII]与电离光子逃逸分数（fesc）之间存在正相关关系，我们的光电离模型成功地解释了这一现象.由于z~2-3星系的[OIII]/[OII]比值，特别是Ly-alpha…
2014-05-06 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Predicament of Absorption-Dominated Reionization: Increased Demands on Ionizing Sources
当电离光子到达宇宙的每一个角落时，再电离时代结束。再电离通常被认为主要受到星系产生电离光子的速率的限制，但是最近Becker等人（2021）在$z = 6$处测量到$0.75^{+0.65}_{-0.45}$适当Mpc的电离光子平均自由程非常短，这表明在其他电离的星系际介质中剩余中性氢的吸收可能比以前预期的要大得多。在这里，我们表明，这个短的平均自由程和同时代的暗像素分数在Ly $α$森林之间的一致性需要一个累积输出的$6.1^{+11}_{-2.4}$电离光子每重子再电离的结束。这意味着电离光子预算比以前的估计有了显著的增加，大大加剧了以后对星系电离输出测量的紧张局势。在我们的模型中，将这个约束转化为星系的瞬时电离产物，我们发现$\log_{10}f_{\rm esc}ξ_{\rm ion}/\text{(erg/Hz)}^{-1} =25.02_{-0.21}^{+0.45}$在$z\sim6$。即使对早期恒星星族的电离产生效率有乐观的假设，并假设星系光度函数扩展到极暗源（$M_{\text{UV}}\leq-11$），完全再电离也需要电离光子的逃逸分数超过整个星系群体的$20\%$。这比在任何较低红移的星系群中观察到的要大得多，这需要在宇宙时间的第一个十亿年后星系性质的快速演化。在现有的氢中性分数和平均自由程的观测限制下，这种紧张局势不能完全缓解。
2021-05-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
Population III star formation in the presence of turbulence, magnetic fields and ionizing radiation feedback
本研究利用FLASH开展首个同时纳入湍流、磁场和电离辐射反馈的第三星族恒星形成RMHD模拟，发现磁场比早期电离反馈更能限制原恒星吸积与最大质量。
2025-05-16 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
Fragmentation in Population III Galaxies formed through Ionizing Radiation
在小晕中形成的第三星族恒星往往相对效率较低，每个小晕都有一颗或少量比本地恒星质量更大的恒星，但在高红移下直接观测仍然具有挑战性。在这里，我们探讨了一种可能的机制，产生较大的集群这样的恒星：附近的电离源电离后期形成的晕，延迟其崩溃，直到晕足够大，核心可以自我屏蔽，遭受失控崩溃。我们使用一个简单但准确的辐射电离通量模型进行模拟，并证实了以前工作的基本预测：较高的电离通量可以延迟坍缩到较低的红移和较高的质量，高达原子冷却极限以上的数量级。在有限数量的运行中，我们还研究了更高分辨率的核心碎片，使用简单的估计和下沉粒子，以表明碎片的数量一般很小，最多只有几个，并且碎片上的质量吸积速率为$10^{-3}$ M $_\odot$ yr $^{-1}$。这个速率足够高，以至于主序的下降（从而抑制吸积）被延迟到恒星质量为$100-1000$ M $_\odot$，但还不足以产生质量为$\sim 10^5$ M $_{\odot}$的直接坍缩黑洞。由此产生的集群比迷你光环中产生的集群更大，但仍然可能无法在JWST盲场中轻易检测到。
2019-07-26 astro-ph.CO astro-ph.GA
A case study of hurdle and generalized additive models in astronomy: the escape of ionizing radiation
宇宙的黑暗时代随着居住在原始星系中的第一代恒星的形成而结束。这些物体是第一个在宇宙气体从中性状态转变为电离状态的时期产生紫外线电离光子的物体，称为再电离时代（EoR）。理解EoR的一个关键方面是探索能够逃离暗晕的电离光子比例（也称为逃逸分数（$f_{esc}$））与星系物理性质之间的相互关系。这项工作开发了一个健全的统计模型，适合占这种非线性关系和非高斯性质的$f_{esc}$。这个模型同时估计了一个给定的原始星系开始电离光子产生的概率，并估计了一旦它被触发，$f_{esc}$的平均水平。该模型在第一个十亿年的模拟套件，从我们表明，重子分数和电离光子的速率似乎有一个更大的影响$f_{esc}$比以前认为的。对同一问题的简单单变量分析表明，这些属性的影响较小，而对特定恒星形成率的影响要大得多，在统计模型中考虑到其他星系属性和非线性后，这种影响会减少。
2019-01-13 astro-ph.CO astro-ph.IM stat.AP
The impact of reionization on the formation of supermassive black hole seeds
直接坍缩黑洞（DCBH）是由早期宇宙中原子冷却的原始气体坍缩形成的，是超大质量黑洞种子的有力候选者。DCBH被认为是在存在强分子解离的莱曼-沃纳（LW）辐射场的情况下在原子冷却晕中形成的。在这种情况下，恒星形成星系可能是LW辐射的来源，来自这些星系的电离辐射可能伴随着LW辐射。我们目前的宇宙学模拟解决的原始气体坍缩成一个原子冷却晕，包括LW和电离辐射的影响。我们发现，在气体没有自屏蔽电离辐射的情况下，坍缩可以延迟约2500万年。当电离的气体确实坍缩时，存在的自由电子催化H2的形成。反过来，H2冷却在晕的中心变得有效，并且防止了DCBH的形成。然而，我们强调，在许多情况下，气体坍缩成原子冷却晕在高红移是自屏蔽电离辐射。因此，只有在一小部分这样的晕中，DCBH的形成由于再电离而被阻止。
2015-10-14 astro-ph.CO astro-ph.GA
Dark-ages reionization and galaxy formation simulation -- XXI. Constraining the evolution of the ionizing escape fraction
本研究利用Meraxes半解析模型与贝叶斯方法，联合高红移星系观测及再电离历史约束，得出电离光子逃逸率随晕和恒星质量转变，并确认低质量星系主导再电离。
2023-12-07 astro-ph.CO astro-ph.GA
Evolution in the Escape Fraction of Ionizing Photons and the Decline in Strong Lya Emission from z>6 Galaxies
在z > 6时，强Lyman Alpha（Lya）发射星系的数量迅速减少，为IGM中的中性氢提供了证据，但很难用合理的再电离模型来解释。我们证明了观测到的星系在z > 6时Lya通量的减少可以用电离光子逃逸分数f_esc的演化来解释。我们发现，观察到的中值下降的星系的分数显示出强Lya的发射，以及观察到的Lya光度函数的演变都遵循从f_esc的小增加Δ f_esc ~ 0.1从f_esc ~ 0.6在z ~ 6。这种高逃逸分数可能与当前对电离光子逃逸分数的限制不一致，其有利于f_esc <20%的较小值。然而，调用的红移演化的f_ esc是符合这些约束条件的模型可以抑制z~7 Lya流量的观测水平，如果它们还包括一个小的演变，在全球中性分数的Δ xHI ~ 0.2。因此，一个不断演变的逃逸分数的电离光子可以是一个合理的解释进化的高红移星系的Lya发射的一部分。更一般地说，我们的分析还表明，在Lya分数的下降是定量一致的Lya发光体的Lya光度函数中观察到的演变。
2014-03-14 astro-ph.CO astro-ph.GA
Properties of QSO Metal Line Absorption Systems at High Redshifts: Nature and Evolution of the Absorbers and New Evidence on Escape of Ionizing Radiation from Galaxies
使用Voigt轮廓拟合程序对9个类星体的Keck HIRES谱进行拟合，我们识别出1099个CIV吸收体成分，它们聚集在莱曼森林外的201个系统中，分布范围为1.6 < z < 4.4。与相关的SiIV，CII，SiII和NV在可用的情况下，我们调查散装统计和电离特性的组件和系统，并发现没有显着的变化，而CII，SiII和NV的红移CIV和SiIV的变化很大。CIV组件表现出很强的集群，但没有集群检测到系统的规模从150公里/秒到50000公里/秒。我们的结论是集群完全是由于气体存在于星系的环星系介质的奇特速度。使用特定的组合的离子比，我们比较我们的观察与模型电离预测的吸收暴露于metagalactic电离辐射背景增强邻近辐射从其相关的星系，并发现普遍接受的辐射逃逸的透明通道从内部恒星形成网站的手段是光谱上不可行的，我们更强的吸收。我们开发了一个积极的方案的基础上失控的恒星与由此产生的辐射，自然使所需的光谱收敛，并反过来提供相关星系的形态演化的经验指标的流出的变化。再加上我们样本中较弱的吸收体所指示的相对紧凑的星系共存的种群，辐射的集体逃逸足以维持IGM在1.9 < z < 4.4的整个范围内电离。
2014-10-08 astro-ph.CO astro-ph.GA
