Early star-forming galaxies and the reionization of the Universe
形成恒星的星系是宇宙历史的宝贵线索。哈勃太空望远镜最近的观测进展导致了对最早的已知星系的发现和研究，这些星系对应于宇宙只有~ 8亿年历史的时期。来自这些早期星系的强烈紫外线辐射可能引发了宇宙历史上的一个重大事件：星系际氢的再电离。正在开发新技术来了解这些最遥远星系的特性，并确定它们对宇宙演化的影响。
2010-11-02 astro-ph.CO
Impact of inhomogeneous reionization on post-reionization 21 cm intensity mapping measurement of cosmological parameters
本文结合流体动力学与21cmFAST模拟，量化非均匀再电离对再电离后21 cm功率谱及宇宙学参数估计的影响，并评估SKA1-LOW与PUMA的探测前景及偏差缓解策略。
2023-10-02 astro-ph.CO
Maximal X-ray feedback in the pre-reionization universe
再电离前宇宙中的X射线反馈是再电离和早期星系际介质热演化的主要能量来源之一。然而，高红移的X射线源在很大程度上仍然无法观测。研究早期宇宙中X射线反馈的整体效应的另一种方法是完整的宇宙学模拟。为此，本文建立了一个超大质量黑洞吸积反馈的X射线解析模型，作为未来宇宙学模拟的子网格模型。我们的分析模型提供了一个暗物质晕的质量和SMBH它的主机，其中的效率是由热反馈和封闭的引力势的晕之间的能量平衡参数之间的关系。为了校准模型，我们耦合的光环级配方与Press-Schechter晕质量函数，并获得全球质量和能量密度。然后，我们将我们的模型与各种观测约束进行比较，例如由此产生的软X射线和IR宇宙辐射背景，以测试我们对模型参数的选择。我们特别推导出模型参数，不违反任何约束，同时提供最大的X射线反馈前再电离。此外，我们考虑了SMBH X射线源对再电离和21 cm吸收信号的贡献。
2022-07-29 astro-ph.CO
Machine Learning Applied to the Reionization History of the Universe in the 21 cm Signal
再电离时代（EoR）的特点是第一个发光源和星系际介质（IGM）的低密度气体之间的丰富相互作用，来自这些来源的光子覆盖了IGM。目前，对与EoR相关的关键观测量的观测限制很少，例如再电离的中点和持续时间。虽然下一代射电干涉仪（如氢时代再电离阵列（HERA）和平方公里阵列（SKA））即将对21厘米功率谱进行的观测预计将很容易提供关于再电离中点的信息，但仅从功率谱中提取持续时间是一个更困难的命题。作为提取再电离信息的另一种方法，我们提出了卷积神经网络（CNN）的再电离图像的应用。这些图像在天空平面上是二维的，并在一系列红移值处提取，以生成“图像立方体”，这些图像立方体在质量上与HERA和SKA将在不久的将来生成的图像立方体相似。此外，我们还考虑了来自银河系的明亮前景信号对干涉仪图像立方体的影响，但不包括观测引起的噪声。我们表明，我们能够使用CNN将再电离$Δ$ z的持续时间恢复到5%以内，假设再电离的中点已经相对较好地受到约束。这些结果对于估算$τ$，即宇宙微波背景的光学厚度，具有令人兴奋的影响，它可以帮助约束其他宇宙学参数。
2019-08-05 astro-ph.CO
Reionization relics in the cross-correlation between the Ly$α$ forest and 21 cm intensity mapping in the post-reionization era
本文首次研究了后再电离时代 Ly$α$ 森林与 21 cm 强度映射的互相关，考虑了不均匀再电离遗迹的影响，并评估了多种仪器配置在红移 3.5-4 内的探测能力与参数约束潜力。
2024-12-20 astro-ph.CO
Cosmology and Astrophysics Using the Post-reionization HI
讨论了利用中性氢再电离后红移21厘米辐射研究宇宙的前景。本文的主要目的是突出印度科学家在这一领域的努力与SKA铭记。事实证明，SKA的强度映射调查可以帮助获得对暗能量模型的更严格约束。HI强度图与Ly $α$森林数据的互相关也可用于测量BAO尺度。
2016-10-26 astro-ph.CO
Combined lensed estimator to probe the post reionization H I power spectrum
在后再电离时代，重子聚集成原星系，并最终通过合并和演化演化成现在的星系。在这项工作中，我们讨论了一个可能的探针的统计分布和演变的H I密度在后再电离时代。通过强引力透镜对附近星系团的观测，给出了再电离后宇宙H I功率谱的一个估计。我们还分析计算的不确定性与后EoR功率谱的估计所讨论的估计。我们访问的19个星系团的背景下，透镜的潜力已被估计的各种作者，这个估计的功效。我们发现，通过结合透镜功率谱通过这些集群透镜中的八个，它是可能的估计后再电离H I功率谱在五西格玛意义的角度多极子< 4000的uGMRT观察16 MHz带宽从红移1.25，1.5，共400小时的观察。在相同的设置下，对于3.0的红移，我们需要200小时的总观测时间。估计器还抑制了扩散的银河前景，尽管，后者仍然是整体信号的主要贡献者，因此需要进行估计和减轻。我们讨论的优点和缺点的估计。
2021-08-28 astro-ph.CO
The redshifted HI 21 cm signal from the post-reionization epoch: Cross-correlations with other cosmological probes
利用红移21 cm观测数据对HI进行层析成像，为我们理解宇宙学背景演化和结构形成打开了一扇新的窗口。这是包括平方公里阵列（SKA）在内的几个即将到来的射电望远镜的关键科学目标。在这篇文章中，我们专注于再电离后的信号，并研究了21厘米信号与其他示踪剂的大尺度结构的互相关。我们认为，交叉相关的后再电离21厘米信号与莱曼α森林，莱曼破裂星系和晚时间各向异性的CMBR地图，如弱透镜和集成的萨克斯沃尔夫效应。我们研究了探测信号的可行性，并探讨了使用它获得宇宙学模型约束的可能性。
2016-10-26 astro-ph.CO
The observable signature of late heating of the Universe during cosmic reionization
再电离时代的模型和模拟预测，氢原子21厘米跃迁的光谱将显示出一个明确的波动峰，分别在红移和标度，标志着再电离的中心阶段和电离气泡的特征尺寸。这是基于这样的假设：宇宙气体被恒星残骸（特别是X射线双星）加热到远高于当时宇宙微波背景的温度（~ 30 K）。在这里，我们表明，而不是硬光谱（即光谱与更多的高能光子比低能光子）的X射线双星使这种加热无效，导致延迟和空间均匀加热，修改21厘米的签名再电离。我们不应该寻找大尺度波动的简单上升和下降（峰值在几毫开尔文），我们必须期待一个更复杂的信号，也具有明显的最小值（小于1毫开尔文），标志着宇宙平均气体温度在微波背景之上的上升。可能使用今天运行的射电望远镜观察该信号，将证明在早期存在硬X射线宇宙背景。
2014-02-05 astro-ph.CO
Mean Energy Density of Photogenerated Magnetic Fields Throughout the Epoch of Reionization
磁场在宇宙中无处不在。它们似乎存在于几乎所有的尺度和所有的时代。然而，宇宙学尺度上的场是天体物理学的还是宇宙学的起源仍然是一个悬而未决的主要问题。在这里，我们专注于天体物理机制的基础上的星系际介质的光电离在时代的再电离。基于以前描述孤立电离源周围物理机制的研究，我们在这里提出了一个分析模型来估计这种机制对整个宇宙磁化的贡献水平，这要归功于源的分布，在早期发光结构形成之前和旁边。该模型表明，在任何放大过程之前，宇宙可能会通过这种机制被整体磁化到至少几个$10^{-20}$ ~G随动的量级（即再电离时期的几个$10^{-18}$ ~G）。
2017-11-27 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
A Short Introduction to Reionization Physics
再电离时代探测了我们宇宙的状态，当第一批恒星形成并电离周围介质中的氢原子时。由于这个时代还没有被观测到，它通常被称为观测宇宙学的“最后的前沿”。这一最后的前沿领域吸引了大量的关注，因为在各种波段都有大量的望远镜。这篇评论文章总结了理解再电离的有趣物理学所需的一些概念，以及如何使用相关的观测来分析高红移宇宙。
2022-09-18 astro-ph.CO
Separating the memory of reionization from cosmology in the Ly$α$ forest power spectrum at the post-reionization era
最近的研究表明，通过将再电离的记忆边缘化，可以从Ly $α$森林功率谱中提取出再电离的天体物理信息。宇宙再电离对Ly $α$森林功率谱的影响可以在宇宙学时间尺度上幸存下来，因为宇宙再电离是不均匀的，随后来自密度较高区域的冲击可以将低密度区域的气体加热到$\sim 3\times10^4$ K，并将其压缩到平均密度。然而，目前的方法边缘化的记忆再电离，不仅是依赖于模型，基于一个特定的再电离模型的假设，而且计算昂贵。在这里，我们提出了一个简单的分析模板的影响，宇宙再电离，从而将其视为一个宽带系统被边缘化的贝叶斯推断的宇宙学信息从Ly $α$森林在一个模型独立的方式。这个模板执行非常好的$\leq 6 \%$的错误在大尺度$k \approx 0.19$ Mpc $^{-1}$的记忆的再电离的效果是重要的，并再现了宽带效应的记忆的再电离在Ly $α$森林关联函数，以及预期的宇宙学参数的偏差，由于这个系统。该模板可以成功地恢复宇宙学参数空间中的预测误差的形态，如预期的那样，假设一个特定的再电离模型的边缘化目的，与几十个百分点的宇宙学参数的预测误差略有高估。我们进一步提出了一个类似的模板，这个系统的Ly $α$森林一维功率谱。
2023-02-07 astro-ph.CO
Signatures of X-rays in the early Universe
由于其长的平均自由程和对星系际介质（IGM）的有效加热，X射线可能对宇宙的热和电离历史产生巨大影响。我们在各种信号中探索这一点：（i）再电离历史：包括X射线导致更早，更长时间的再电离。来自X射线加热的有效热反馈可以产生延长的~10%的电离时期。(ii)再电离形态：X射线对再电离的相当大的贡献（~10%）导致更均匀的形态，尽管当在相同的全局中性分数xH下进行比较时，影响是适度的。然而，形态的变化不能通过增加电离源的偏置来抵消，使其成为稳健的特征。(iii)动力学Sunyaev-Zel'dovich（kSZ）效应：在固定的再电离历史下，X射线使l=3000时的kSZ功率降低约0.5 microK^2。我们的极端模型中，X射线占主导地位的再电离是唯一一个勉强符合上限从南极望远镜，假设没有热Sunyaev-Zel'dovich（tSZ）-尘埃星系的相关性。由于这种极端的模型是不可能的，我们得出结论，应该有一个相当大的tSZ尘埃星系信号。(iv)宇宙21厘米信号：在再电离的高级阶段（xH<0.7），X射线对21厘米功率谱的影响是适度的，除了极端的X射线主导的模型。X射线的最大影响是控制IGM加热。事实上，除非热反馈是有效的，否则X射线加热的时期可能与再电离的开始重叠（xH>0.9）。这导致21 cm功率谱比忽略该重叠的朴素估计所获得的功率谱高约10-100倍。然而，如果热反馈是有效的，由此产…
2013-04-17 astro-ph.CO
The Epoch of Reionization
宇宙的黑暗时代随着第一代星系的形成而结束。这些物体开始发射紫外线辐射，在它们周围形成电离区域。在足够数量的电离源形成后，宇宙中气体的电离部分迅速增加，直到氢完全电离。在这段时间里，宇宙气体从中性到电离，被称为宇宙的再电离时代。再电离时代与宇宙学中的许多基本问题有关，例如第一个星系的性质，（迷你）类星体的物理学，非常贫金属恒星的形成以及天体物理学中的一系列其他重要研究课题。因此，揭示它将对早期宇宙结构形成的研究产生深远的影响。这一章回顾了当前关于再电离期存在的观测证据，它的关键理论方面和主要特征，最后是各种有望揭示它的观测探测器，特别强调了红移21厘米探测器，目前正在建造或设计的各种实验，以及我们可以从它们那里了解到关于再电离期的信息。
2012-06-01 astro-ph.CO
Modeling Reionization in a Bursty Universe
我们提出了半解析模型的时代的再电离集中在连续和突发恒星形成（SF）之间的差异。我们的模型利用物理动机的分析适合在一个有代表性的宇宙体积的暗物质晕周围的HII区域的一维辐射传输模拟。约束我们的模拟与观测到的和外推的UV光度函数的高红移星系，我们发现，对于一个固定的晕质量，恒星星族形成的爆发模型产生较大的HII区域，留下了长寿命的遗迹HII区域，能够保持部分电离的星系际介质（IGM）中的方式类似于早期的X射线背景。整体效果是IGM的光学深度显著增加，$τ_e$，再电离的红移增加较温和。为了产生普朗克观测到的$τ_e =0.066$和红移$z_{\rm re}\sim 6$的完全再电离，具有爆发SF的模型需要一个逃逸分数$f_{\rm esc}\sim 2\%-10\%$，该分数比假设连续SF的$f_{\rm esc}\sim 17\%$低2-10倍，并且与$z=0$和$z\sim 1.3-6$观测到的$f_{\rm esc}$的上限一致。再现观测到的$τ_e$和$z_{\rm re}$所需的电离光子预算取决于SF爆发的周期和占空比以及中性IGM的温度。这些结果表明，如果再电离是由SF短爆发驱动的，那么观测到的和预测的再电离光子收支之间的紧张关系可以得到缓解，这可能与星族III星和致密星团（如原球状星团）的形成有关。
2016-02-19 astro-ph.CO
Streaming Velocity Effects on the Post-reionization 21 cm Baryon Acoustic Oscillation Signal
早期宇宙中重子与暗物质之间的相对速度可以抑制小尺度重子结构的形成，并在再电离后的低红移处留下重子声学振荡（BAO）的印记。这种“流动速度”通过直接减少可能被再电离破坏的预先存在的小晕（$\lesssim 10^7 M_{\bigodot}$）的丰度和通过这些小晕内的光电离间接调制再电离历史来影响再电离后气体分布。在这项工作中，我们调查的BAO功能在HI 21厘米强度映射再电离后的流动速度的影响，重点是红移$3.5\lesssim z\lesssim5.5$。我们建立了一个空间调制晕模型，该模型考虑了星系际气体的局部再电离红移和热历史对过滤质量的影响。在我们的基准模型中，我们发现各向同性流动速度偏差系数$b_v$的范围从$z=3.5$处的$-0.0043$到$z=5.5$处的$-0.0273$，这表明BAO尺度被拉伸（即，峰移动到较低的PDMATHAMT）。特别地，流动速度使横向BAO标度在0.121%（$z=3.5$）和0.35%（$z=5.5$）之间移动，并且使径向BAO标度在0.167%（$z=3.5$）和0.505%（$z=5.5$）之间移动。这些变化超过了HI中更雄心勃勃的半球尺度调查的预测误差条（$1σ$每$Δz = 0.5$箱0.13%）。
2022-03-07 astro-ph.CO
The long-lasting effect of X-ray preheating in the post-reionization intergalactic medium
本研究通过高质量分辨率流体动力学模拟，首次探索并确立了X射线预热在再电离后星系际介质中的长期影响，发现其在不同红移下对Lyman-$α$森林中的再电离遗迹有不同效应，忽略该过程会导致宇宙学参数推断偏差。
2024-03-28 astro-ph.CO
The Dark Side of Reionization: Probing Cooling in the Early Universe
探索从氢重组到第一批恒星和星系形成的结构增长是观测宇宙学最重要的未知领域之一。远红外光谱覆盖$λ$ 100-500微米的空间，和狭窄的部分传输大气波段可从地面上，开辟了探测分子氢和金属精细结构线从原始云的可能性，第一批恒星和星系形成在6 < z $<$ 15。基于斯皮策对冲击波产生的意外强大的H2发射的观测，我们认为下一代远红外空间望远镜可能会打开一个新的窗口，进入主要的云冷却过程和反馈效应，这是这个重要但未探索的时代的特征。没有这个窗口，我们基本上看不到主导的云冷却，这不可避免地导致恒星形成和宇宙再电离。
2009-03-10 astro-ph.CO
The He II Post-Reionization Epoch: HST/COS Observations of the Quasar HS1700+6416
单电离氦（He II）的再电离期被认为开始于红移z~3.5- 4，并在z~2.7时几乎完成。利用哈勃太空望远镜上的宇宙起源光谱仪（COS）拍摄的明亮高红移类星体HS 1700 +6416的远紫外光谱，研究了其再电离后的时间演化。我们讨论这些数据，因为他们探测后再电离历史的He II和当地的电离环境周围的类星体和横向的视线。我们比较以前的光谱远紫外光谱探测器的当前COS数据，其中有一个显着更高的信噪比。Gunn-Peterson槽在较低的红移处恢复，有效光学厚度从z~2.7处的τ_eff~1.8下降到z~2.3处的τ_eff~0.7。我们在He II Lyα破裂附近看到了一个有趣的过量通量，这可能是类星体的线发射，尽管可能不是He II Lyα。我们提出了四个可能的横向邻近类星体的光谱，虽然紫外硬度数据是不够的质量说，如果他们的影响被视为沿HS 1700视线。
2012-12-06 astro-ph.CO
Landau Damping of Baryon Structure Formation in the Post Reionization Epoch
Chen和Lai提出，在对后再电离时代宇宙大尺度结构形成的正确描述中，应该考虑等离子体集体效应。具体地说，是重子热运动产生的压力和不完全德拜屏蔽产生的残余长程静电势共同对抗了引力坍缩。因此，在小尺度下，重子将以离子声学频率振荡，而不是传统的中性声学频率。在本文中，我们扩展和改进的陈-赖公式的注意到朗道阻尼的离子声振荡。由于T_e \sim T_i在后再电离时代，离子声振荡将不可避免地遭受朗道阻尼，在中高波数k区域，朗道阻尼严重抑制重子密度谱。为了更好地描述这种朗道阻尼现象，我们发现有必要对滤波波数k_f进行修正。如果我们预测的离子声振荡的朗道阻尼能在高红移下被观测到，那将是很有趣的。
2010-06-30 astro-ph.CO
Hydrogen Reionization in the Illustris universe
星系形成的流体动力学模拟，如Illustris模拟，已经发展到一个状态，他们近似地再现所观察到的恒星质量函数从高到低的红移。这在原则上允许自洽模型的再电离，利用扩散气体分布的准确表示连同这些模拟提供的星系的现实增长，在一个有代表性的宇宙体积。在这项工作中，我们应用和比较两个辐射转移算法实现GPU加速代码的$106.5\,{\rm Mpc}$宽体积的Illustris在后处理，以调查再电离过渡预测该模型。我们发现，第一代星系形成的插图是几乎能够reflecting宇宙的红移$z\sim 7$，提供相当乐观的假设逃逸分数和分辨率的限制。我们最乐观的模型发现光学深度为$τ\simeq 0.065$，这与最近的普朗克2015年的测定非常一致。此外，我们表明，基于矩的方法与M1封闭辐射转移给出了广泛一致的结果与我们的角度分辨辐射转移计划。在我们喜欢的基准模型中，20%的氢被红移的$z=9.20$重电离，而这迅速攀升到80%的红移的$z=6.92$。然后，直到$z=6.24$，99%的氢被电离。平均而言，再电离在我们的模型中进行“由内而外”，再电离气泡的尺寸分布逐渐具有越来越大的尺寸区域，而小气泡的丰度保持相当恒定。
2015-08-31 astro-ph.CO
Constraining the Astrophysics of the Cosmic Dawn and the Epoch of Reionization with the SKA
平方公里阵列（SKA）将提供对早期宇宙的前所未有的看法，使用红移21厘米线的干涉观测。这条21厘米的线探测宇宙气体的热和电离状态，这是由我们宇宙中第一个结构的诞生和演化所决定的。在这里，我们将展示21厘米信号的演变将使我们能够研究第一代星系何时出现，它们的性质是什么，以及星系际介质的结构是什么。我们强调了定性趋势，这将为早期宇宙提供强大的见解。
2015-01-16 astro-ph.CO
What do observations of the Lyman-alpha fraction tell us about reionization?
研究宇宙再电离历史的一个有吸引力的方法是测量莱曼α分数的红移演化，莱曼破裂选择星系的百分比在Ly-alpha线中明显发射。当星系际介质变得明显中性，星系的Ly-alpha发射逐渐减弱时，这一部分预计会向高红移方向下降。有趣的是，使用这种技术进行的早期测量表明，在z ~ 7附近，Ly-alpha分数会大幅下降。以前的工作得出结论，这需要一个令人惊讶的中性星系际介质-中性氢填充超过50%的宇宙体积-在这个红移。我们模型的演变Ly-alpha分数使用宇宙学模拟的再电离过程。在再电离完成之前，由于再电离的不均匀性，模拟的Ly-alpha分数具有较大的空间波动。由于现有的Ly-alpha分数测量在天空中的范围相对较小，并且只对这些区域进行稀疏采样，因此它们可能会偶然探测到大多数Ly-alpha衰减高于平均值的星系。我们发现，这个样本方差不是非常大的现有调查，但它确实有点减轻所需的中性分数在z ~ 7。定量地，在校准以匹配再电离后的测量的基准模型中，我们发现当前z = 7的观测需要在95%置信水平下x_HI > 0.05的体积平均中性分数。因此，我们发现z ~ 7 Ly-alpha分数测量确实可能在再电离完成之前探测宇宙，但它们不需要非常大的中性分数。
2013-12-04 astro-ph.CO
HI as a Probe of the Large Scale Structure in the Post-Reionization Universe: Visibility Correlations and Prospects for Detection
在后再电离时代的HI分布的模拟地图被用来研究与现有的和即将到来的射电望远镜检测的前景。我们认为，在红移辐射的超精细过渡与1420 MHz的静止帧频率的检测。讨论了利用可见度相关性进行统计检测的可能性。我们表明，MWA（默奇森宽场阵列）和GMRT（巨型米波射电望远镜）可以潜在地检测信号的HI分布在高红移。MWA可以探测到大角度尺度下的可见度相关，在后再电离时代，它可以探测到所有的红移。GMRT可以在较低的红移下探测到可见度相关，特别是在z = 1.3的巡天有很强的情况。我们还讨论了使用GMRT直接检测HI分布中罕见峰的前景。我们表明，直接检测应该是可能的积分时间是可比的，甚至小于，统计检测所需的时间。具体地，可以通过测量可见度相关性来进行HI分布的统计检测，并且可以在少于1000小时的观测中使用GMRT来直接检测HI分布中的罕见峰值。
2010-04-28 astro-ph.CO
Probing the Epoch of Reionization with Low Frequency Arrays
再电离时代（EoR）是宇宙中氢在“黑暗时代”之后重新出现的时代。这是宇宙中氢所经历的两个主要相变中的第二个，第一个阶段是氢在红移约1100处变成中性的复合时代。EoR发生在z = 10附近，可能是由第一个辐射发射天体物理源引起的，因此它对我们理解宇宙何时以及如何“决定”开始形成天体物理对象以及如何影响宇宙中随后的结构形成至关重要。因此，EoR与宇宙学中的许多基本问题有关，星系形成，类星体和非常贫金属的恒星;所有这些都是现代天体物理学中最重要的研究问题。红移的21 cm超精细谱线被广泛认为是详细研究EoR的最有前途的探针。在不久的将来，一些低频射电望远镜（LOFAR、MWA、GMRT和SKA）将能够观测到来自高红移宇宙的21厘米辐射。在本文中，我提出了我们目前的电离过程的图片，审查21厘米线物理和讨论的挑战，目前的一代实验预计将面临的。最后，我讨论了SKA在探索EoR和宇宙的黑暗时代的潜力。
2010-02-13 astro-ph.CO
Radio Recombination Line Contamination in Post-Reionization 21 cm Intensity Mapping
University of Washington（华盛顿大学）；Tel Aviv University（特拉维夫大学）
该研究探究再电离后21厘米强度测绘中的射电复合线污染，建立形式体系估算污染并预测红移下的功率谱污染，发现碳RRL贡献次要，污染振荡不会显著影响BAO的百分精度宇宙学测量。
2026-07-30 astro-ph.CO
Primordial black holes with mass $10^{16}-10^{17}$ g and reionization of the Universe
质量为$10^{16}-10^{17}$ g的原始黑洞（PBH）几乎可以逃脱观测的限制，因此可以从本质上对暗物质密度做出贡献。霍金蒸发这种PBH产生稳定的$γ$ -和$e^{\pm}$ -辐射在MeV的能量范围内，可以被普通物质吸收。简化的估计表明，一小部分蒸发的能量必须被重子物质吸收，这足以加热物质，使其在红移$z\sim 5... 10$处完全电离。结果被发现是接近边界的情况下出现的效果，是什么使它敏感的近似使用。在我们的近似中，对于PBH质量$z\sim 5$ g，气体电离度达到50-100%，其丰度对应于上限。
2015-02-25 astro-ph.CO
Exploring the cosmic dawn and epoch of reionization with 21cm line
宇宙的黑暗时代，当没有发光物体存在时，随着第一批恒星、星系和黑洞的诞生而结束。这个时代被称为宇宙黎明。宇宙再电离是宇宙中星系际介质在发光天体发射的电离光子驱动下发生的主要跃迁。虽然从黑暗时代到再电离的时期是宇宙中的一个里程碑，但我们对这一时期的认识还不够。由中性氢发射的宇宙21厘米信号有望为这一时期打开一扇新的窗口。在这篇综述文章中，我们首先介绍了21厘米线的基本物理和第一颗恒星如何影响21厘米线信号。接下来，我们简要总结了如何通过统计和机器学习方法从21 cm线信号中提取天体物理信息。我们还讨论了21厘米线信号和其他发射线之间的协同作用。最后，我们总结了21厘米实验的现状。
2023-03-20 astro-ph.CO
Redshift-space 21-cm bispectrum multipoles as an SKA-era gravity test in the post-reionization Universe
Indian Statistical Institute（印度统计研究所）；McGill University（麦吉尔大学）；Ciela—Montreal Institute for Astrophysical Data Analysis and Machine Learning（Ciela-蒙特利尔天体物理数据分析与机器学习研究所）
利用SKA-MID观测红移空间21厘米双谱多项式，探测再电离后宇宙中偏离广义相对论的引力效应。
2026-01-26 astro-ph.CO
Optical depth to reionization in a Universe with multiple inhomogeneous domains
S. N. Bose National Centre for Basic Sciences（S.N. 玻色基础科学国家中心）；Universidad de Salamanca（萨拉曼卡大学）；INFN, Sezione di Roma（意大利国家核物理研究所罗马分部）；Università di Roma “La Sapienza”（罗马第一大学）
利用Buchert平均形式主义，研究包含物质不均匀性反馈的宇宙学设置中的再电离光学深度，通过多域模型参数化并使用PantheonPlus+SH0ES超新星样本进行MCMC分析，得到τ_reion=0.0581，更接近观测估计，并适度缓解哈勃张力。
2026-06-12 astro-ph.CO
Modeling the Intergalactic Medium during the Epoch of Reionization
观测和理论宇宙学的一个主要目标是观察我们宇宙历史上第一个星系形成的基本上未被探索的时间段，并解释这些测量结果。早期的星系在再电离时期（EoR）通过光电离气体对周围星系际介质（IGM）中的气体产生了巨大的影响。这个时期可能跨越了宇宙时间的一段延长：电离区域在早期星系周围形成并增长，逐渐填充了宇宙体积的越来越大的部分。在某个时候--到目前为止还不确定，但在大爆炸后的第一个十亿年左右--基本上整个宇宙体积都充满了电离气体。IGM的性质提供了关于早期星系群的形成时间和性质的有价值的信息，因此许多研究第一个发光源的方法都是基于对周围星系际气体的测量。在未来十年内，改进IGM和早期星系群再电离时代观测的前景是突出的。基于此，我们回顾了再电离过程中IGM模型的现状。我们专注于几个关键方面的再电离时代的现象和描述：体积平均电离分数的红移演化，电离光子的源和汇的属性，以及模型描述的空间变化的电离分数，紫外辐射场，IGM的温度，和气体密度分布。
2015-11-04 astro-ph.CO
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
Cosmic Dawn (CoDa): the First Radiation-Hydrodynamics Simulation of Reionization and Galaxy Formation in the Local Universe
来自早期星系的星光导致的宇宙再电离影响了它们的演化，从而影响了再电离本身。例如，恒星形成的抑制可以解释相对于N体预测的冷暗物质，观测到的本星系群矮星丰度不足。再电离建模需要模拟足够大的体积[~（100 Mpc）^3]来对再电离“斑块”进行采样，同时要分辨出数百万个~10^8 Msun以上的星系源，将引力和气体动力学与辐射转移结合起来。对本星系群进行建模需要预先选择初始宇宙学密度波动，以形成今天众所周知的本星系群结构。宇宙黎明（“CoDa”）是第一个这样的完全耦合，辐射流体动力学模拟再电离的本地宇宙。我们新的混合CPU-GPU代码RAMSES-CUDATON在GPU上执行数百个辐射转移和电离率求解器时间步长，用于CPU上的每个流体重力时间步长。CoDa在ORNL超级计算机Titan上用4096^3个粒子和细胞模拟了（91 Mpc）^3，结果红移为4.23，使用了8192个核心和8192个GPU。全球再电离的结束比观测到的稍晚。然而，一个简单的时间重新标度，使电离分数的演变与观测一致，也调和电离通量密度，宇宙恒星形成的历史，CMB电子散射光学厚度和星系紫外光度函数与它们的观测值。光致电离加热抑制了质量低于2 x 10^9 Msun的恒星晕的形成，减少了MAB_1600 = [-10，-12]周围微弱星系的丰度。在大部分再电离过程中，恒星形成都是由10^10 ~ 10^11兆太阳质量的晕…
2016-09-06 astro-ph.CO astro-ph.GA
Prospects for Probing Feedback from the First Black Holes and Stars During Reionization
从黑暗时代和再电离之间的宇宙早期（即，z>6，nu<200 MHz）探测第一批恒星和类星体反馈效应的方法。通过HI层析成像，我们有可能确定氢在宇宙中的分布，并限制第一批恒星和黑洞的诞生。这样的观测也可能限制暴胀的性质和第一颗恒星形成开始之前的任何外来加热机制（例如，暗物质衰变）。在30 ~ 200 MHz的不同频率范围内，由于宇宙的膨胀和恒星和/或黑洞的点燃，宇宙微波背景辐射和自旋温度之间的相对平衡发生变化，电离后的全球（全天空）HI信号具有明显的特征。一个技术路线图，以接近这些意见，开始与地基阵列和结束的低频无线电阵列在月球背面的描述。
2009-08-20 astro-ph.CO
Unveiling the Phase Transition of the Universe During the Reionization Epoch with Lyman-alpha
再电离时代（6 < z < 10）标志着我们宇宙中第一个大星系成长成熟并开始影响周围宇宙的时期。大质量恒星和潜在的吸积超大质量黑洞使宇宙充满了电离辐射，烧掉了自复合（z~1000）以来充满星系际介质（IGM）的中性气体薄雾。这一过程的演变限制了这些最早的光源的关键特性，因此在观测上限制再电离是未来十年的一个关键科学目标。从光度学确定的星系中测量莱曼α辐射是一个高度限制的再电离探测器，因为中性IGM会共振散射这些光子，降低可探测性。虽然8- 10米望远镜已经完成了大量的工作，但这些观测需要超大型望远镜（ELT）;今天10米级望远镜的通量极限仅足以观测已知最亮的星系（m < 26）。用巨型麦哲伦望远镜（GMT）和30米望远镜（TMT）进行的超深探测将能够探测到比今天最深探测微弱2-3个星等的星系的莱曼α辐射。GMT上的宽场光纤光谱学与TMT上的窄场AO辅助狭缝光谱学相结合，将能够探测整个再电离时期电离气泡的预期大小，随后使用宽场红外空间望远镜进行度尺度深度成像调查。这些数据将提供第一个解决莱曼α为基础的地图的电离星系际介质在整个时代的再电离，约束模型的时间和空间演变的这种相变。
2019-03-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
Neutral hydrogen in the post-reionization universe
中性氢的跨红移演化是研究宇宙学、宇宙大尺度结构和星系际介质的有力工具。使用数据驱动的晕模型来描述HI在后再电离宇宙中的分布（$z \sim $ 5到0），我们从丰富的观测数据样本中获得最佳拟合参数：低红移21厘米发射线研究，中等红移强度测绘实验，和更高的红移阻尼莱曼阿尔法（DLA）的观测。我们的模型描述了丰度和集群的中性氢在红移0 - 5，是有用的，研究星系演化的不同方面，并与流体动力学模拟比较。该框架可以应用于预测未来的观测与中性氢，并扩展到强度映射的情况下，与分子和其他线跃迁在中间红移。
2017-12-04 astro-ph.CO astro-ph.GA
Constraining the reionization and thermal history of the Universe using a semi-numerical photon-conserving code SCRIPT
鉴于宇宙氢的再电离历史尚未受到严格限制，因此值得使用物理动机模型和可用的观测数据来检查这样做的前景。为此，我们使用了显式光子守恒再电离半数值模型的扩展版本$\texttt{SCRIPT}$，其中还包括星系际介质（IGM）的热演化。该模型结合了非均匀复合和辐射反馈自洽的影响，其特征在于由五个自由参数（两个红移依赖的电离效率，两个电离逃逸分数，和另一个再电离温度增量）。我们通过同时与各种观测探测器匹配来约束这些自由参数，例如，电离氢分数，CMB散射光学厚度和星系紫外光度函数的估计。此外，我们包括低密度IGM温度测量从莱曼$α$吸收光谱在$z \sim 5.5$，探针不常用于贝叶斯分析的再电离参数。我们发现，各种数据集的相互作用，特别是包括温度数据，导致收紧的参数约束。我们的默认模型更喜欢再电离的后期（在$z \lesssim 6$），与其他最近的研究一致。我们还可以推导出对再电离持续时间$Δz=1.81^{+0.51}_{-0.67}$和再电离中点$z_{\mathrm{mid}}=7.0^{+0.30}_{-0.40}$的约束。可以通过包括其他可用的和即将到来的数据集来进一步收紧限制。
2022-07-01 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Inhomogeneous Reionization Times of Present-day Galaxies
今天的星系在不同的时间在不同的地点经历了宇宙再电离。对于第一次，再电离（$50\%$电离）红移，$z_R$，在其祖先的位置来自新的，完全耦合的辐射流体动力学模拟星系的形成和再电离在$z > 6$，匹配N体模拟z = 0。约束的初始条件被选择来形成当地的宇宙，包括当地集团和室女座，在（91 Mpc）$^3$体积大到足以模拟全球和当地的再电离著名的结构。再电离模拟CoDa I-AMR，由CPU-GPU代码EMMA，使用（2048）$^3$粒子和（2048）$^3$初始细胞，自适应细化，而N体模拟CoDa I-DM 2048，由Gadget2，使用（2048）$^3$粒子，以找到所有星系在z = 0质量$M(z=0)\ge 10^8 M_\odot$的再电离时间。具有$M(z=0) \gtrsim 10^{11} M_\odot$的银河系比整个宇宙早再电离，最多可达$\sim$ 500 Myrs，具有显著的散射。对于银河星系，$z_R$介于8到15之间。具有$M(z=0) \lesssim 10^{11} M_\odot$的镓通常在$\langle z_R\rangle =7.8$的再电离晚于或晚于全球平均的$50\%$再电离，在再电离由外部辐射完成的邻域中。星系内再电离时间的分布有时与星系间的分布一样大。银河系和M31的再电离早于整体再电离，但晚于它们的质量，两者都不受外部辐射的支配。…
2018-02-20 astro-ph.CO
Intensity mapping of post-reionization 21-cm signal and its cross-correlations as a probe of $f(R)$ gravity
我们建议从后再电离时代的红移HI 21厘米信号的强度映射作为宇宙学探测的$f(R)$引力。我们考虑了具有单参数$f_{,R0}$的$f(R)$重力模型的Hu-Sawicki类。重力的$f(R)$修正通过密度波动增长率的变化影响再电离后的$21$ -cm功率谱。我们发现，用SKA 1-Mid射电望远镜进行的射电干涉观测与星系弱透镜和$α$森林的自相关和互相关可以区分$f(R)$模型和$LCDM$宇宙学，其精度可以与其它$f(R)$引力探测器相媲美。
2022-10-16 astro-ph.CO gr-qc
Cosmic Reionization Study : Principle Component Analysis After Planck
再电离历史的研究对于理解宇宙的演化有着重要的作用。一般认为，我们宇宙中的星系际介质（IGM）今天是完全电离的，但再电离过程仍然是神秘的。现代宇宙学通常采用简单的瞬时再电离过程，没有直接的观测证据。然而，电离分数的历史，$x_e(z)$将影响宇宙微波背景（CMB）观测和光学厚度$τ$的约束。利用基于特征再电离模型的模拟未来数据集，我们发现瞬时模型引入的对$τ$的偏差是不可忽略的。本文用主成分分析（PCA）方法研究了宇宙再电离的历史，并结合银河巡天和Ia型超新星（SN）Union 2.1样品的重子声学振荡（BAO），利用Planck、WMAP 9年温度谱和偏振功率谱数据，重建了不同红移$z$下的$x_e (z)$。结果表明，重建的$x_e(z)$与瞬时行为一致，但在某些时刻与瞬时行为略有偏差。通过PCA方法，在抛弃噪声模式后，我们得到了更强的约束，并且特征$x_e(z)$演化的提示可以变得更明显。
2015-12-23 astro-ph.CO
Probing Reionization and Early Cosmic Enrichment with the MgII Forest
由于使星系际介质（IGM）再电离的大质量恒星不可避免地爆炸为超新星，用金属污染宇宙，宇宙再电离和浓缩的历史密切交织在一起。虽然过度敏感的Ly-alpha跃迁在中性IGM中完全饱和，但如果再电离过程中产生的金属（Z~10 ^{-3} Z_sol）渗透中性IGM，则像MgII 2796，2804双峰这样的强低电离金属线将产生可检测的"金属线森林"。我们模拟MgII森林的第一次通过结合一个大的流体动力学模拟与半数值再电离拓扑结构，假设一个简单的富集模型，IGM均匀地充满金属。与识别离散吸收体的传统方法相比，我们将吸收体视为连续的随机场，并利用精密宇宙学的技术测量其两点关联函数。我们表明，一个现实的模拟数据集的10 JWST光谱可以同时确定镁丰度，[Mg/H]，1西格玛精度为0.02 dex和测量全球中性分数为5%的宇宙= 0.74和[Mg/H]=-3.7。<x_HI><x_HI>或者，如果IGM是原始的，则MgII森林的零检测将在95%可信度下对IGM金属丰度设定严格的上限[Mg/H]<-4.4，假设来自另一探针的> 0.5。<x_HI>金属浓度在环星系周围的星系可以显着污染的IGM信号，但我们演示了如何这些离散的吸收剂可以很容易地识别和掩盖，使其对关联函数的影响可以忽略不计。因此，MgII森林具有巨大的潜力，可以精确地限制宇宙的再电离和浓缩历史。
2020-07-30 astro-ph.CO
Preheating of the Universe by cosmic rays from primordial supernovae at the beginning of cosmic reionization
来自宇宙再电离期的21厘米信号可以揭示z~30-10原始星系际介质（IGM）的加热历史。有人认为，来自第一个吸积黑洞的X射线可以在这些早期时期显著加热宇宙。在这里，我们提出了另一个IGM加热机制与第一批恒星。从先前的工作中得知，终结大质量第三星族恒星生命的强大超新星（SNe）的残余物可以很容易地从它们的宿主暗物质微晕中扩展到周围的IGM中，这得益于来自祖星的紫外线辐射对晕气体的光蒸发。我们认为，在这样的残余物的演化过程中，SN动能的一个显着的部分可以投入到低能量（E<30 MeV）的宇宙射线，最终将逃逸到IGM。这些次相对论性的宇宙射线可以在宇宙中传播，并在与第一批星系和类星体相关的更强大的再电离/加热机制发挥作用之前，将IGM加热约10-100 K。因此，未来的21厘米观测可以限制第一颗超新星的能量，并提供有关原始IGM中磁场的信息。
2015-09-28 astro-ph.CO astro-ph.HE
Impacts of pre-initial conditions on anisotropic separate universe simulations: a boosted tidal response in the epoch of reionization
为了生成宇宙学$N$ -体模拟的初始条件，需要准备均匀分布的模拟粒子，即所谓的预初始条件（pre-IC）。构建预IC的标准方法是将颗粒放置在三维空间坐标中均匀间隔的晶格网格上。然而，即使在每个粒子根据宇宙学扰动的初始位移之后，粒子分布仍然显示人为的各向异性。这样的伪影在稍后的时间导致模拟中的系统性影响，直到演化的粒子分布充分地消除初始各向异性。在本文中，我们研究了前IC的各向异性分离宇宙模拟的影响，其中大尺度潮汐场的结构形成的影响，使用在本地背景（模拟体积）的各向异性膨胀考虑。为了量化的影响，我们比较模拟采用标准的网格预IC和玻璃，后者应该抑制初始各向异性。我们发现，在网格预IC模拟中的人工功能，直到$z\sim 9$，而玻璃预IC模拟似乎是稳定和准确的范围内，我们研究的规模。从这些结果中，我们发现，一个耦合的大规模的潮汐场与物质集群相比，在准非线性制度的红移范围$5\lesssim z\lesssim 15$的微扰理论的领导阶预测增强，表明在这样高的红移，例如，在时代的再电离的潮汐场对结构形成的重要性。
2020-10-21 astro-ph.CO
Constraining the epoch of reionization from the observed properties of the high-z Universe
我们结合观测数据的十几个独立的宇宙属性在高$z$的信息再电离从遥远的光源和宇宙微波背景（CMB）的光谱来约束的星系和星系际介质的相互关联的演化，因为黑暗时代。唯一可接受的解决方案集中在两个狭窄的集合。在其中一个星系中，再电离过程分为两个阶段：第一阶段由第三星族恒星驱动，在$z\sim 10$完成，经过一个短暂的重组期后，第二阶段由正常星系驱动，在$z\sim 6$完成。在另一组中，两种源并行工作，直到在$z\sim 6$完全再电离。最好的解决方案与双重再电离提供了极好的适合所有观测到的宇宙历史，但CMB光学厚度是3- $σ$大于最近的估计从普朗克数据。或者，最好的解决方案与单一再电离给不太好的适合所观察到的恒星形成率密度和冷气体质量密度的历史，但CMB的光学深度是一致的估计。我们做了几个预测，测试与未来的观察，应该区分两个再电离的情况。作为一个副产品，我们的模型提供了一个自然的解释，在高$z$的宇宙性质的一些特征，以及球状星团的起源。
2016-11-14 astro-ph.CO astro-ph.GA
B-modes from Post-inflationary Gravitational Waves Sourced by Axionic Instabilities at Cosmic Reionization
我们发现，轴子类粒子，只耦合到不可见的暗光子可以产生可见的B模式信号周围的再电离时代。轴子场在再电离前不久开始滚动，导致暗光子的快子不稳定性。这就产生了一个指数增长的暗光子量子源标量度规模式和引力波，留下一个印记的再电离重子。张量模式修改宇宙微波背景（CMB）的极化在再电离，产生可见的B模式签名的下一代CMB实验的参数范围，满足目前的实验约束。
2021-11-08 astro-ph.CO hep-ph
Probing Quintessence using BAO imprint on the cross-correlation of weak lensing and post-reionization HI 21 cm signal
在这项工作中，我们调查的可能性，限制解冻的Quintessence标量场模型的暗能量。我们提出利用重子声振荡（BAO）对再电离后21 cm信号和星系弱透镜会聚场的互相关的影响，用层析成像方法测量角直径距离$D_A(z)$和哈勃参数$H(z)$ .然后，这些量的预测误差用于约束Quintessence模型参数。我们发现，在四个观测频率$916 $ MHz，$650$ MHz，$520$ MHz和$430 $ MHz的独立$600$小时无线电干涉观测与深弱透镜调查覆盖半边天交叉相关，可以测量分组的$D_A$和$H$在百分之几的灵敏度水平。对幂律解冻的Quintessence模型的Monte Carlo分析给出了初始斜率$λ_i$、暗能量密度参数$Ω_{ϕ0}$和势$Γ$形状的$1-σ$边缘化边界分别为8.63%、10.08%和9.75%。当与SN和其他探针进行联合分析时，约束分别提高到7.66%、4.39%和5.86%。
2022-07-06 astro-ph.CO
Modelling the post-reionization neutral hydrogen (${\rm HI}$) 21-cm bispectrum
测量后再电离21厘米双谱$B_{\rm HI}(\mathbf{k_1},\mathbf{k_2},\mathbf{k_3})$使用各种即将到来的强度映射实验举行的潜力，以确定宇宙学参数在一个高水平的精度。在本文中，我们估计了21厘米双谱的$z$范围$1 \le z \le 6$使用中性氢（${\rm HI}$）分布的半数值模拟。我们确定的$k$和$z$范围内的21厘米的双谱可以充分利用二阶微扰理论的预测建模，我们用它来预测红移的线性和二次${\rm HI}$偏置参数$b_1$和$b_2$分别演变。的$b_1$值被发现减少几乎线性减少$z$，并在较早的预测通过建模的21厘米功率谱$P_{\rm HI}(k)$是在良好的协议。$b_2$值随着$z$的降低而急剧下降，在$z \sim 3$处变为零，并在$z<2$处达到几乎恒定的值$b_2 \approx - 0.36$。我们提供了多项式拟合公式为$b_1$和$b_2$作为$z$的功能。这里提出的建模预计将是有用的，在未来的努力，以确定宇宙学参数和约束原始的非高斯使用21厘米双谱。
2019-07-03 astro-ph.CO
Quantitative Constraints on the Reionization History from the IGM Damping Wing Signature in Two Quasars at z > 7
在再电离过程中，星系际介质（IGM）中的中性氢在高红移类星体的光谱上留下了阻尼翼吸收特征的印记。对这个特征的探测为一个显著中性的宇宙提供了令人信服的证据，并使在那个时期测量氢中性部分$x_{\rm HI}(z)$成为可能。然而，从这种技术获得可靠的定量约束，是具有挑战性的，由于随机性引起的补丁内-外拓扑结构的再电离，退化类星体的寿命，和未知的未吸收类星体光谱接近休息帧Ly $α$。通过对高红移宇宙的高分辨率流体动力学模拟，将再电离拓扑的大体积半数值模拟与一维辐射转移相结合，建立了类星体再电离过程中的透射谱模型。我们最先进的方法捕捉到了在偏置类星体晕中阻尼翼强度的分布，这些偏置类星体晕应该在更早的时候被再电离，以及类星体环境中由其自身电离辐射引起的中性气体的侵蚀。结合这个详细的模型与我们的新技术预测类星体的连续性及其相关的不确定性，我们引入了贝叶斯统计方法来共同约束中性的宇宙和类星体的寿命从个人类星体光谱的分数。我们将这种方法应用于已知的两个最高红移类星体ULAS J1120+0641和ULAS J1342+0928的光谱，并测量了体积平均中性分数$\langle x_{\rm HI} \rangle(z=7.09)=0.48^{+0.26}_{-0.26}$和$\langle x_{\rm HI} \rangle(z=7.54)=0.60^{+0.20}_{-0.23}$（后中位数…
2018-02-16 astro-ph.CO
Detecting the HI Power Spectrum in the Post-Reionization Universe with SKA-Low
本研究提出利用SKA-Low望远镜在z=5-6探测HI功率谱的巡天策略，通过模拟发现高斯过程回归优于主成分分析进行前景清除，并确定了积分时间与系统效应要求，为再电离后宇宙的HI功率谱测量提供了关键验证。
2023-07-26 astro-ph.CO
2D Genus Topology of 21-cm Differential Brightness Temperature During Cosmic Reionization
提出了一种描述宇宙再电离时期早期宇宙星系际介质拓扑结构的新方法。通过二维亏格的计算，分析了高红移产生的21 cm辐射背景。通过一系列数值模拟计算了不同输入参数下氢电离光子的辐射转移和电离速率方程。2D属是从高红移宇宙的模拟21厘米图像计算出来的。我们通过改变阈值差分亮度温度来构造2D亏格曲线，并将其与底层密度场的2D亏格曲线进行比较。我们发现：（1）2D亏格曲线反映了宇宙再电离的演化轨迹;（2）2D亏格曲线可以区分某些再电离情景，从而间接探测辐射源的性质。选择正确的无线电天线波束形状对于这种分析至关重要。为此，平方公里阵列（SKA）被认为是一个合适的装置，用于这种分析的灵敏度，即使一些恶化的数据，为此目的是不可避免的天线芯的计划大小下。
2014-06-13 astro-ph.CO
Modelling the post-reionization neutral Hydrogen (\HI) bias
中性氢（\HI）21厘米信号的观测有可能使我们能够绘制出整个后再电离时代（$z \leq 6$）的宇宙学大尺度结构（LSS）。计划进行几个实验来绘制大范围的红移和角标度的LSS，其中许多针对重子声振荡。为了正确预测预期信号，对\HI分布进行建模非常重要，更重要的是在检测到信号后正确解释结果。在本文中，我们进行了半数值模拟模型的\HI分布和研究的\HI功率谱$P_{\HI}(k,z)$整个红移范围$1 \le z \le 6$。我们已经将\HI偏差建模为复数量$\tilde{b}(k,z)$，其模平方$b^2(k,z)$将$P_{\HI}(k,z)$与物质功率谱$P(k,z)$相关联，并且其实部$b_r(k,z)$量化了\HI与物质分布之间的互相关。我们研究了偏置的$z$和$k$依赖性，并提出了多项式拟合，可用于预测跨$0 \le z \le6$和$0.01 \le k \le 10 \, {\rm Mpc}^{-1}$的偏置。我们还提出了结果的随机性$r=b_r/b$，这是很重要的互相关研究。
2016-05-10 astro-ph.CO
Constraining large scale HI bias using redshifted 21-cm signal from the post-reionization epoch
在没有复杂的天体物理过程的特点，再电离时代，21厘米的排放中性氢（HI）在后再电离时代被认为是一个很好的示踪剂的基础暗物质分布。假设一个背景宇宙学，它是通过（i）一个偏置函数b（k，z），它涉及HI的暗物质分布和（ii）的平均中性分数（x_{HI}），它设置其振幅。在本文中，我们研究了大规模HI偏置的性质。后再电离HI建模重力只有N体模拟和一个合适的处方分配气体的暗物质晕。使用模拟偏差作为基准模型HI分布在z \leq 4，我们已经产生了一个假设的数据集为21厘米角功率谱（C_{l}）使用的噪声模型的基础上的参数的扩展版本的GMRT。假设以在基准红移z=2.5处的范围400 \leq到\leq 8000中的SNR \gtrsim 4测量面元化的C_{l}。我们探讨了使用主成分分析（PCA）对该模拟数据进行约束b（k）的可能性。我们的分析表明，在0.2 < k < 2 Mpc^{-1}的范围内，模拟数据集无法区分表现出不同k依赖性的模型，只要1 \lesssim b（k）\lesssim 2设置2-sigma限值。这证明在大尺度上使用线性偏差模型是合理的。很大程度上不确定的x_{HI}被视为一个自由参数，导致退化的偏置重建。发现给定的模拟数据以\sim 4%（2-sigma误差）的精度约束基准x_{HI}。这里概述的方法，可以成功地实施对未来的观测数据集，以约束b（k，z）和x_{H…
2012-01-19 astro-ph.CO
Constraining Neutrino mass using the large scale HI distribution in the Post-reionization epoch
中性星系际介质在后再电离时代，使我们能够研究宇宙结构的形成，通过观察红移21厘米信号和莱曼α森林。我们研究了通过物质功率谱中功率的抑制来测量中微子总质量的可能性。我们调查的可能性测量中微子质量通过其印记的互相关功率谱的21厘米的信号和莱曼α森林。我们认为，无线电干涉测量的21厘米的信号与SKA 1-中像射电望远镜和BOSS像莱曼α森林调查。Fisher矩阵分析表明，在基准红移z = 2.5时，平均分布在25个射电点上的10，000小时21厘米观测值，以及在1 {deg}^[2]中有30条类星体视线的莱曼-α森林巡天，使我们能够测量3.25%水平的Ω_v。平均分布在25个无线电点上的总共25，000小时的无线电干涉观测和具有\bar n = 60 { \rm deg}^{-2}的莱曼-α测量将允许在2.26%的水平上测量Ω_v。这相当于在（100 \pm 2.26）meV的精度下对\sum m_v和f_v = Ω_v/ Ω_{m}的2.49%水平上的理想测量。
2016-10-28 astro-ph.CO
