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
Hubble Frontier Fields First Complete Cluster Data: Faint Galaxies at $z\sim 5-10$ for UV Luminosity Functions and Cosmic Reionization
利用哈勃前沿场（HFF）观测到的Abell 2744透镜星系团和平行光场的第一个全深度数据集，对$z\sim10$以下的暗脱落星系进行了综合分析。我们在HFF场的$z\sim5-10$处发现了$54$的缺失，并放大了迄今为止获得的$z\sim9$星系样本的尺寸。虽然高度放大（$μ\sim10$）星系的数量很少，由于强透镜的微小调查体积，我们的研究达到了星系的内禀光度相媲美的深场HUDF研究。我们推导出紫外线光度函数与这些微弱的辍学，仔细评估组合的观测不完整性和透镜效应在图像平面的密集模拟，包括放大，失真，和乘法的图像，与质量模型依赖性的评估。我们的研究结果证实，在$z\sim6-8$的弱端斜率$α$和$-2$一样陡，并加强了在$z>8$的紫外光度密度$ρ_\mathrm{UV}$从大$z\sim9$样品中迅速下降的证据。我们研究快速的$ρ_\mathrm{UV}$减少的趋势是否可以调和与大汤姆逊散射光学深度，$τ_\mathrm{e}$，测量CMB实验允许一个大的空间的自由参数，如平均电离光子逃逸分数和恒星人口依赖的转换因子。任何参数集均无法重现快速$ρ_\mathrm{UV}$降低和大$τ_\mathrm{e}$。可能是$ρ_\mathrm{UV}$降低了$z\gtrsim11$的缓和度，自由参数显著地向高$z$演化，或者存在其他的再电离源，如X射线双星和微弱的活动星系核。
2014-11-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Contribution of High Redshift Galaxies to Cosmic Reionization: New Results from Deep WFC3 Imaging of the Hubble Ultra Deep Field
利用新发布的1.1微米Y波段图像，利用莱曼破裂技术，对HST上的WFC 3进行了星形成星系的搜寻。通过将哈勃超深空的这些图像与ACS的z '波段（0.85微米）进行比较，我们识别出了红色的物体，（z'-Y）_AB>1.3），与z~6.7-8.8的Ly-alpha森林吸收一致。我们识别出其中12个z '下降到极限星等Y_AB<28.5（相当于z=7.1时的恒星形成率为1.3 M_sun/yr），这在其他ACS滤波器中未检测到。我们使用WFC 3的J波段图像，以消除污染的低质量银河系的恒星，通常有红色比z~7星系。我们的一颗z '-drops可能是一颗T矮星。z~7的z '滴在较低的红移下具有比Lyman-break星系蓝得多的光谱斜率。我们最亮的z '-drop在5年前拍摄的同一场的NICMOS J波段图像中并不存在，并且可能是一个短暂的物体。从剩下的10个z~7候选者中，我们确定了萨尔彼得初始质量函数的恒星形成率密度下限为0.0017 M_sun/yr/Mpc ^3，在对光度偏差进行校正后，该下限上升到0.0025- 0.0034 M_sun/yr/Mpc ^3。恒星形成率密度比z=3-4时小10倍，约为z = 6时的一半。而基于一个单一的深场，我们的研究结果表明，这种恒星形成率密度将产生不足的莱曼连续体光子，以恢复宇宙，除非这些光子的逃逸分数是非常高的（f_esc>0.5），宇宙…
2009-12-07 astro-ph.CO
Ultradeep Infrared Array Camera Observations of sub-L* z~7 and z~8 Galaxies in the Hubble Ultra Deep Field: the Contribution of Low-Luminosity Galaxies to the Stellar Mass Density and Reionization
We study the Spitzer Infrared Array Camera (IRAC) mid-infrared (rest-frame optical) fluxes of 14 newly WFC3/IR-detected z=7 z_{850} -dropout galaxies and 5 z=8 Y_{105} -dropout galaxies. The WFC3/IR depth and spatial resolution allow accurate removal of contaminating foreground light, enabling reliable flux measurements at 3.6 micron and 4.5 micron. None of the galaxies are detected to [3.6]=26.9 (AB, 2 sigma), but a stacking analysis reveals a robust detection for the z_{850} -dropouts and an upper limit for the Y_{105} -dropouts. We construct average broadband SEDs using the stacked ACS, WFC…
2009-12-09 astro-ph.CO
Are Ultra-faint Galaxies at z=6-8 Responsible for Cosmic Reionization ? Combined Constraints from the Hubble Frontier Fields Clusters and Parallels
我们利用哈勃空间望远镜对前沿场的深空成像，在红移范围$z \sim 6-8$内精确测量了星系静止帧紫外光度函数（UV LF）。我们结合三个透镜星系团A2744，MACS 0416，MACS 0717及其相关的平行领域的观察，以选择高红移辍学的候选人。我们使用最新的透镜模型来估计通量放大率和有效的调查体积结合完整性模拟中进行的源平面。我们报告了在$z=6-7$探测到的227个候选星系和在$z \sim 8$探测到的25个候选星系。虽然在每个平行场中的总测量面积约为4弧分$^{2}$，但由于强透镜作用，在星团核心场中的总测量面积下降到约0.6至1弧分$^{2}$。我们计算紫外光度函数在$z \sim 7$使用合并的星系样本，并进行蒙特卡罗模拟，以确定最佳的拟合Schechter参数。我们能够可靠地将LF约束到$M_{UV}=-15.25$的绝对幅度，其对应于0.005 $L^{\star}$。更重要的是，我们发现，弱端斜率仍然陡峭下降到这个幅度限制与$α=-2.04_{-0.17}^{+0.13}$。我们的研究结果证实了最近的结果在深空白领域，但延长LF测量超过两个数量级更深。由于统计数据较少和不完整的不确定性，$z \sim 8$的UV LF在$M_{UV}=-18$以下没有受到很好的限制。为了评估星系对宇宙再电离的贡献，我们通过将UV LF积分到观测约束极限$M_{UV} = -1…
2015-10-09 astro-ph.CO astro-ph.GA
Emission-Line Galaxies from the Hubble Space Telescope Probing Evolution and Reionization Spectroscopically (PEARS) Grism Survey. II: The Complete Sample
我们提出了一个全面的分析，探测演化和再电离光谱（PEARS）slitess棱镜光谱数据与高级相机的调查HST。PEARS涵盖了大天文台起源深度巡天（GOODS）南北两个领域，使其成为星系随机巡天的理想选择，以及各种辅助观测的可用性，以支持光谱结果。使用PEARS数据，我们能够识别红移量0< z<1.5的恒星形成星系。PEARS调查中的恒星形成区域是独立于宿主星系的。这种方法使我们能够检测到一个星系内的多个发射线区域（ELR）的存在。在PEARS样本的~906个星系中，已经发现了1162 Ha、[OIII]和/或[OII]发射线，其极限通量为~ 1 e-18 erg/s/cm ^2。ELR也与宿主星系的性质进行了比较，包括形态，光度和质量。从这个分析中，我们发现了三个关键的结果：1）计算的线光度显示了随着红移增加光度函数变平的证据; 2）恒星形成系统显示了扰动形态的证据，恒星形成主要发生在一个有效（半光）半径内。3）在z<0.5时，M * > 1 e9} Msun的成星星系数密度比0.5<z<0.9时的成星星系数密度减少了一个数量级，支持星系缩小的论点。
2013-06-12 astro-ph.CO astro-ph.GA
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
Elucidating Dark Energy with Future 21 cm Observations at the Epoch of Reionization
我们研究如何精确地确定暗能量的性质，如状态方程（EoS）及其时间依赖性，通过使用未来的观测21厘米波动在再电离的时代（6.8 <~ z <~ 10），如平方公里阵列（SKA）和Omniscope，结合来自宇宙微波背景、重子声学振荡、Ia型超新星和哈勃常数的直接测量。我们考虑了几个参数化的EoS和发现，未来21厘米的观测将是强大的约束模型的暗能量，特别是当它的EoS在高红移变化。
2017-03-06 astro-ph.CO hep-ph
Cold or Warm? Constraining Dark Matter with Primeval Galaxies and Cosmic Reionization after Planck
暗物质构成了宇宙中绝大多数的物质，但它的微观本质仍然是一个有趣的谜，对粒子物理学，天体物理学和宇宙学有着深远的影响。在这里，我们揭示了长期存在的问题，无论是暗物质是温暖或寒冷的结合测量星系光度函数的高红移z~10从哈勃太空望远镜与最近的宇宙学数据的再电离历史的宇宙从普朗克任务。我们推导出强大的和严格的边界上的温暖的暗物质粒子的质量，发现目前的数据需要它在2和3千电子伏之间的狭窄范围。此外，我们表明，不超过3千电子伏的质量也同时表明与银河系大小的星系中的卫星的本地数量的天体物理约束，虽然它是在边缘的莱曼α森林的分析紧张。对于质量超过3 keV的暖暗物质和冷暗物质，为了满足普朗克对光学深度的约束，并且不遇到卫星问题，需要调用天体物理过程，抑制质量M_H<几个10^8 M_sun的晕中的星系形成，对应于极限UV星等M_UV~-11。无论如何，我们预测了星系光度函数在M_UV~-12的z~8附近的下降，并强调其详细的形状对粒子物理和小晕中星系形成的天体物理都是非常有用的。这些期望将通过哈勃前沿场和詹姆斯韦伯太空望远镜的出现进行测试，这将使探测星系光度函数的非常微弱的一端达到z~8-10。
2015-08-10 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
Probing the fluctuating Ultra-violet background using the Hubble Frontier Fields
近年来，在z >= 6的高红移处发现的莱曼破裂星系数量的增加，为详细了解早期星系形成物理学提供了可能性。特别是，这些星系的紫外线光度函数（UV LF）的暗端斜率（α）是一个潜在的探针的反馈效应，抑制恒星形成的低质量晕。在这项工作中，我们提出了一个概念验证的计算约束波动的UV背景在再电离过程中约束α在不同体积的宇宙。由于不规则的再电离，不同的体积将经历不同的光加热量，这将导致测量的α散射。我们的方法是基于一个简单的模型的UV LF，这是一个缩放版本的晕质量函数结合在星系光度的指数抑制在暗端，因为UV反馈。虽然目前的数据不足以限制不同领域的α，但我们预计，在不久的将来，詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）对六个哈勃前沿领域的观测将为我们的概念提供理想的测试。
2018-09-30 astro-ph.CO astro-ph.GA
A Glimpse of the First Galaxies
最近翻新的哈勃太空望远镜揭示了一个宇宙只有5亿年历史的星系，为星系形成和宇宙再电离的第一次阵痛提供了见解。
2011-02-04 astro-ph.CO
Galaxy Formation and Reionization: Key Unknowns and Expected Breakthroughs by the James Webb Space Telescope
詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）计划于2021年底发射，这标志着宇宙再电离时代高红移z>~6的星系形成研究的新开端。JWST可以捕捉敏感的高分辨率图像和红外多目标光谱，这将改变我们对宇宙历史最初10亿年期间星系形成的看法。这篇评论总结了我们目前的知识，在JWST之前，通过哈勃太空望远镜和地面设施，包括凯克，甚大望远镜，斯巴鲁和阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列的观测实现星系在再电离星系间氢的作用。我们确定了JWST在其任务寿命期间可以解决的领域中的突出问题，包括计划中的JWST周期1计划。（节录）
2021-10-25 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Star Formation Histories of Local Group Dwarf Galaxies II. Searching For Signatures of Reionization
我们在38个本群矮星系（10个$^4$ $<$ M $_{\star}$ $<$ 10个$^9$ M $_{\odot}$）的恒星形成历史（SFH）中寻找再电离的特征. SFH是使用哈勃太空望远镜/宽视场行星照相机2成像档案从颜色星等图中得出的。只有五个淬灭星系（And V，And VI，And XIII，Leo IV，Hercules）在再电离之前形成了它们的大部分恒星，当完全考虑不确定性时。对13个被Bovill和Ricotti确认的“真化石”的观测表明，只有两个（武仙座和狮子座IV）表明恒星的形成是由于再电离而淬灭的。然而，两者都在银河系的维里半径内，潮汐扰动的证据使这种解释变得复杂。我们认为，后期的气体捕获的情况下，由Ricotti假设的低质量，富含气体，恒星形成的化石候选人狮子座T是从简单的气体保留观察上无法区分。考虑到环境效应和再电离之间的模糊性，最好的再电离化石候选者是淬灭的低质量场星系（例如，KKR 25）。
2014-05-13 astro-ph.CO astro-ph.GA
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
The Galaxy Luminosity Function during the Reionization Epoch
新的宽视场相机3/红外观测哈勃超深场开始研究星系在再电离时期的性质。为了解释这些观测结果，我们提出了一种新的方法的启发条件光度函数方法。我们校准我们的模型在z=6的观测，并假设一个非进化的星系光度与晕质量的关系。我们首先将模型预测与在z=5和z=4时测量的光度函数进行比较。然后，我们预测的光度函数在z>=7的唯一假设下，在底层的暗物质晕质量函数的演变。我们的模型与HUDF巡天中观测到的z>6.5的星系数计数一致，并表明光度函数的暗端斜率可能变陡：与z=6时的alpha=-1.74相比，alpha（z>8）< -1.9。虽然我们目前只能看到最亮的星系，但隐藏的低光度天体（L/ L_{*} > 10^{-4}）可能提供总再电离通量的75%以上。假设逃逸分数f_{esc} ~0.2，聚集因子C~5，顶重IMF和低金属丰度，低于检测限的星系在z>8时产生完全再电离。对于太阳金属丰度和正常恒星IMF，再电离在z>6时结束，但要获得与WMAP测量一致的光学厚度，需要较小的C/ f_{esc}。我们的模型强调了亚L * 星系中的恒星形成速率与暗物质晕质量之间存在准线性关系，这表明在z>6时，辐射和机械反馈的有效性不如现在。
2010-04-02 astro-ph.CO
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
Two Epochs of Globular Cluster Formation from Deep Fields Luminosity Functions: Implications for Reionization and the Milky Way Satellites
我们银河系中球状星团的年龄已知的精确度约为\pm 1 Gyr，因此它们在红移z>~3时的形成，以及它们在等级宇宙学和星系际介质再电离中的作用仍然相对不确定。本文分析了球状星团的形成对哈勃超深场观测到的高红移星系的静止坐标系紫外光度函数和紫外连续谱斜率的影响。我们发现，大多数现今的球状星团形成于两个不同的时期：在红移z ~ 2-3和在红移z>~6。原始GC系统的诞生产生了星系LF的陡峭，昏暗的斜坡，并且因为原始GC的亮度在形成后5百万年消退，它们的蓝色与观测非常一致。我们的研究结果表明：i）大部分年龄>~12 Gyr的老球状星团（约占总星团的50%）形成于相对质量较大的矮星系中，红移z>~6; ii）原GC形成是这些矮星系中恒星形成的一种重要模式，并可能主导了再电离过程。这种情况的另一个后果是，一些质量最大的银河系卫星可能是暗淡的，但尚未被发现，因为潮汐剥离占主导地位的GC人口之前，显着剥离这些卫星的暗物质晕。这一设想可能会缓解CDM模拟和观测之间的一些剩余紧张关系。
2012-11-26 astro-ph.CO
The asymmetry of dawn: evidence for asymmetric reionization histories from a joint analysis of cosmic microwave background and astrophysical data
本研究联合CMB与天体物理数据，提出含不对称性的氢电离历史扩展模型，发现再电离历史对称假设在4σ水平不被支持，结果将由JWST等更精确数据进一步检验。
2024-05-15 astro-ph.CO
The ACS LCID project. V. The Star Formation History of the Dwarf Galaxy \objectname[]{LGS-3}: Clues for Cosmic Reionization and Feedback
利用哈勃空间望远镜上的\it高级巡天照相机（\it Advanced Camera for Surveys）获得的深度测光资料，分析了过渡型（dIrr/dSph）本星系群\objectname []{LGS-3}（双鱼座）的恒星形成历史。我们的分析表明，\objectname []{LGS-3}的SFH主要由一个持续时间为$\sim$ 1.4 Gyr的主情节$\sim 11.7$ Gyr所支配，形成了恒星的$\sim 90%$。随后，\objectname []{LGS-3}继续形成恒星，直到现在，尽管速度要低得多。早期化学富集的缺乏与在孤立的dSph星系中观察到的光度相当的情况相反，这意味着dSph星系更大，受到更多的潮汐剥离。我们比较了\objectname []{LGS-3}的SFH与宇宙学模型的预期。大部分或全部的恒星形成都是在再电离时期之后的\objectname []{LGS-3}中产生的，假设再电离时期是在$z\sim6$或$\sim 12.7$ Gyr前完成的。该星系的总质量估计在2到$4\times 10^8$ M $_\odot$之间，对应于28 km\ s $^{-1}$到36 km\ s $^{-1}$之间的圆周速度。这些值接近但略高于30 km\ s $^{-1}$的极限，低于该极限的紫外线背景预计将阻止再电离后的任何恒星形成。来自SNe的反馈与恒星形成的…
2011-01-30 astro-ph.CO
The Brightest of Reionizing Galaxies (BoRG) survey
到目前为止，研究星系形成的早期阶段主要是理论建模和计算机模拟的领域，这需要许多物理成分，并且具有挑战性的观测测试。然而，哈勃太空望远镜在近红外线的最新观测正在为大爆炸后最初10亿年内的星系特性提供新的线索，包括我们最近发现的最遥远的原星系团，红移z~8。在这里，我比较原始和金属富集的恒星形成模型的预测在黑暗时代与最新的哈勃观测星系在再电离的时代。我特别关注的光度函数和星系团，从我们的哈勃太空望远镜Brilliance的Reionizing Galeries（BoRG）调查测量。BoRG拥有最大的区域覆盖范围，可以找到明亮和罕见的z~8源，这些源是宇宙中最早形成的星系之一。
2012-08-23 astro-ph.CO
Bridging the Gap between Cosmic Dawn and Reionization favors Faint Galaxies-dominated Models
本文通过耦合物理驱动源模型与MCMC采样，证明低质量暗星系的高贡献和高光子逃逸率可同时满足宇宙黎明与再电离观测约束，并验证了其半解析方案与THESAN模拟结果一致。
2023-10-27 astro-ph.CO astro-ph.GA
Early Results From GLASS-JWST. XII: The Morphology of Galaxies at the Epoch of Reionization
恒星形成星系可以表现出很强的形态之间的休息帧远紫外和光学差异，反映在恒星形成和尘埃衰减的不均匀性。我们利用深，高分辨率的NIRCAM 7波段观测采取的再电离时代（$z>7$）的星系形态的第一个看看，其变化之间的莱曼$α$和6000- 4000流明，在$z=7-12$的静止帧波长范围。我们没有发现形态学随波长的显著变化--这种变化会推翻我们从哈勃太空望远镜所了解到的任何东西。使用标准的定量形态学统计，未检测到形态学和波长之间的显著趋势。我们在4/19个星系中检测到合并/相互作用的签名。我们的研究结果与Lyman Break星系-在宇宙只有400-800 Myrs年龄时观察到的-通过快速星系规模的恒星形成辅以恒星形成团块和相互作用的吸积相结合而增长的情景一致。
2022-09-17 astro-ph.CO astro-ph.GA
Galaxy UV-luminosity function and reionization constraints on axion dark matter
如果暗物质（DM）是由轴子组成的，那么宇宙中的结构形成将被抑制在轴子金斯尺度之下。利用一个含有轴子和冷暗物质的混合DM模型的晕质量函数的解析模型，结合丰度匹配技术，构造了紫外光度函数。轴子抑制高$z$星系的形成和紫外光光度函数被截断在一个最微弱的极限星等。从紫外光光度函数出发，我们预测了宇宙的再电离历史，发现轴子DM在较低红移处引起再电离。我们使用哈勃超深场紫外光度函数在红移范围$z=6$ - $10$内寻找轴子存在的证据，以及从宇宙微波背景偏振测量的再电离光学深度$τ$。我们考虑的所有探针一致排除了$m_a\lesssim 10^{-23}\text{ eV}$对DM的贡献超过一半，我们最强的约束排除了该模型超过$8σ$显著性。在保守的再电离模型中，带有$m_a=10^{-22}\text{ eV}$的DM的一个主要成分与$τ$的测量值处于$3σ$张力中，对尖核问题的轴子解施加压力。对于只贡献DM的一半的轴子，张力降低到$2σ$。未来JWST在$z=10$ - $13$范围内对紫外光光度函数的测量将为支持或反对$m_a=10^{-22}\text{ eV}$提供进一步的证据。探测更高质量的$m_a=10^{-21}\text{ eV}$将有可能使用先进的ACTPol的动力学Sunyaev-Zel'dovich效应的未来测量来限制再电离的时间和持续时间。
2015-05-28 astro-ph.CO hep-ph
RELICS: Reionization Lensing Cluster Survey
利用哈勃和斯皮策太空望远镜，包括CLASH和Frontier Fields，对星系团进行的大规模调查已经证明了强大的引力透镜的力量，可以有效地提供高红移星系的大样本。我们通过一个更广泛，更浅的调查，名为Reionization Lensing Cluster Survey，扩展了这一策略。这里描述的这项调查主要是为了提供大爆炸后第一个十亿年中最好和最明亮的高红移候选者。天文台利用哈勃望远镜和斯皮策望远镜分别在0.4- 1.7 μ m和3.0- 5.0 μ m观测了41个大质量星系团。我们选择了21个集群的基础上普朗克PSZ 2质量估计和其他20个基于观测或推断的透镜强度。我们的188轨道哈勃财政部计划获得了这些星系团的第一个高分辨率近红外图像，以有效地搜索透镜高红移星系。我们观察到46个WFC 3/IR点（约200弧分^[2]），其中两个轨道被分成四个滤光片（F105 W、F125 W、F140 W和F160 W），并根据需要在三个滤光片（F435 W、F606 W和F814 W）中的每一个中进行ACS成像以获得单轨道深度。正如Salmon等人先前报道的那样，我们发现了322个z ~ 6 - 10候选者，包括在z ~ 6处已知的最亮的，以及在z ~ 10处已知的最远的空间分辨透镜弧。斯皮策IRAC成像（945小时，加上100档案）至关重要，使我们能够区分z ~ 10的候选人从z ~…
2019-03-05 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Quenching of the Ultra-Faint Dwarf Galaxies in the Reionization Era
我们提出了对六个超暗矮星系的恒星形成历史的新约束：牧夫座I，猎犬座II，后发座Berenices，武仙座，狮子座IV和大熊座I。我们的分析采用了高精度测光与哈勃太空望远镜上的高级相机测量，中分辨率光谱获得的深度成像多目标光谱仪上的W.M. Keck天文台，并更新了适合于这些星系的丰度模式的Eschera-Regina等时线。其中五颗银河系卫星的数据最适合恒星形成历史，其中至少75%的恒星在z~10（13.3 Gyr前）形成。所有的星系都与80%的恒星形成于z~6（12.8 Gyr ago）和100%的恒星形成于z~3（11.6 Gyr ago）相一致。这些星系同样古老的人口支持这样的假设，即在最小的暗物质子晕中的恒星形成受到全球外部影响的抑制，例如宇宙的再电离。
2014-10-02 astro-ph.CO astro-ph.GA
Inferring the astrophysics of reionization and cosmic dawn from galaxy luminosity functions and the 21-cm signal
第一个星系的属性，预计将驱动宇宙黎明（CD）和再电离时代（EoR），被编码在宇宙21厘米信号的3D结构中。从即将到来的21厘米观测参数推断有望彻底改变我们对这些看不见的星系的理解。然而，先前的推断是使用具有几个简化假设的模型进行的。在这里，我们介绍了一个灵活的，物理动机的参数化高$z$星系的属性，实现它在公共代码21厘米FAST。特别是，我们允许他们的恒星形成率和电离逃逸分数的规模与他们的主机暗物质晕的质量，并直接计算不均匀的，在星系际介质中的子网格重组。结合当前哈勃观测的静止帧紫外光度函数（UV LFs）在高$z$与模拟1000小时21厘米观测使用氢时代的再电离阵列（HERA），我们约束我们的模型的参数使用蒙特卡罗马尔可夫链采样器的三维模拟，21 CMMC。我们发现，恒星质量的振幅和缩放与晕质量的LF观测的强烈约束，而其余的星系属性主要是由21厘米的观测约束。这两个数据集相互补充得很好，减轻了每个观察结果固有的退化。我们的所有八个天体物理参数都能够被限制在$\sim 10\%$或更好的水平。本工作中使用的21cmFAST和21CMMC的更新版本是公开的。
2019-01-23 astro-ph.CO astro-ph.GA
Photometric properties of reionization-epoch galaxies in the Simba simulations
利用高分辨率Simba宇宙流体动力学模拟方法研究了再电离期星系的光度特性和大小，模拟中的盒子大小为$[25,50]~h^{-1}$ Mpc.假设不同的衰减规律，我们计算测光的每个恒星粒子的光谱使用视线气体金属柱密度。预测的紫外线光度函数（UVLF）一般同意在$z=6$的观测，由于模拟星系的高金属丰度和较低的尘埃-金属比之间的部分抵消。模拟的$z=8$ UVLF与观测值相比较低，可能是由于过度的尘埃消光。Simba预测的紫外线连续斜率（$β$）与$z=6$的观测结果一致，使用Calzetti消光定律获得的最佳一致性。有趣的是，辛巴的气相质量-金属丰度关系在$z\sim 6$比在$z\sim 2$高，这表明快速早期富集（和尘埃生长）可能是必要的，以匹配所观察到的$β$。发现$β$对沙尘消光比UVLF更敏感。通过生成模拟詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）的图像和分析的方式类似的观察，我们表明，辛巴的星系大小-光度关系很好地再现了目前的$z=6$哈勃观测。与较低红移的观测不同，辛巴预测$z=6$星系的静止紫外和静止光学尺寸相似，这是由于恒星形成区的年龄梯度和尘埃消光相互抵消，削弱了星系内的颜色梯度。这些预测将与JWST测试。
2020-03-10 astro-ph.CO astro-ph.GA
Rock 'n' Roll Solutions to the Hubble Tension
本文提出演化标量场在再复合时期增加能量以缓解哈勃张力，给出V∝ϕ^{2n}的振荡与滚动解，最佳模型n=2显著提高哈勃常数。
2023-10-07 astro-ph.CO hep-ph
The THESAN project: Lyman-alpha emission and transmission during the Epoch of Reionization
高红移莱曼α发射星系（LAEs）的可见性对星系形成过程和再电离时代（EoR）提供了重要的限制。然而，预测现实的和有代表性的统计数据与观测比较，是一个重大的挑战，在大容量的宇宙学模拟的背景下。THESAN项目提供了一个独特的框架，通过将最先进的星系形成（IllustrisTNG）和尘埃模型与Arepo-RT辐射磁流体动力学求解器相结合，解决了这种限制。在这一初步研究中，我们提出了对旗舰模拟的莱曼α中心分析，该模拟解决了整个宇宙（95.5 cMpc）^3区域的原子冷却晕。为了避免数值伪影，我们设计了一种新的方法，精确的频率相关的线辐射转移的存在下，连续的哈勃流，转移到更广泛的天体物理应用。我们的可扩展的方法突出了LAEs和红色阻尼翼传输作为再电离探针的实用性，它揭示了不同星系，视线和频带的非平凡趋势，可以在覆盖分数的框架中建模。事实上，在考虑了影响大尺度电离气泡形成的环境因素（如红移和紫外线强度）后，星系和视线之间的变化主要取决于随机过程，包括特殊的速度和自屏蔽系统，这些系统对不幸的射线的影响比其他系统更大。在整个EoR的地方和宇宙学的光学深度往往大于或小于单位，这样的exp（-tau）的行为导致各向异性和双峰transmittance。未来的调查将受益于针对罕见的明亮物体和适居带LAE来推断这些（不可）预测的（不利）优势的存在。
2022-04-02 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Little Engines That Could? Globular Clusters Contribute Significantly to Reionization-era Star Formation
贫金属球状星团（GC）数量众多且古老，这表明它们可能是再电离时代电离辐射的重要贡献者。从观测到的老GC的数密度和恒星质量函数出发，计算了GC对高红移宇宙（$z=0$）紫外光度函数（UVLF）的贡献。即使在绝对最小的假设下--GC没有中断，GC恒星的质量从早期到现在没有减少-- GC恒星的形成对哈勃太空望远镜（HST; $M_{1500} \approx -17$）可以观测到的光度下的UVLF的贡献也是不可忽略的。如果像大多数解释GC化学异常的模型所预测的那样，GC的恒星质量在过去明显更高，那么在现有的深场观测中，GC在许多星系的紫外辐射中占主导地位。另一方面，很难将观测到的UVLFS与要求恒星出生时质量超过现今恒星质量10倍以上的模型相协调。詹姆斯·韦伯太空望远镜将能够直接探测到基本上所有明亮星系中$z \sim 6$的单个GC，以及UVLF膝盖以下的许多星系，对于这里考虑的大多数情况。在HST透镜场中具有$-19 \lesssim M_{1500} \lesssim -14$的高$z$星系子集的性质表明它们实际上可能是形成中的GC。
2018-06-06 astro-ph.CO astro-ph.GA
Impact of the turnover in the high-z galaxy luminosity function on the 21-cm signal during Cosmic Dawn and Epoch of Reionization
高z星系光度函数（LF）的暗端形状为宇宙黎明和再电离时期的早期恒星形成和再电离物理提供了信息。直到最近，基于强引力透镜星系团的深度巡天，哈勃前沿场（HFF）发现了在z $\sim$ 6的紫外（UV）LF中的潜在周转。本文分析了在LF中星等大于翻转星等的极暗星系对宇宙再电离的贡献。我们将HFF的测量结果应用到我们的抑制型恒星形成效率模型中，包括三个自由参数：晕质量阈值$M_t$，曲率参数$β$和UV转换因子$l_{\rm UV}$。根据68%置信水平的拟合，发现在小于$ M_t=1.82^{+2.86}_{-1.08}\times10^{10} \rm M_{\odot}$的晕中，高红移恒星的形成受到抑制。周转量$\rm \gtrsim -13.99-2.45$，相应地晕质量$\lesssim(4.57+20.03)\times10^{9} \rm M_{\odot}$。我们发现，在全球21厘米信号的吸收谷是敏感的，我们的SFE模型参数。结合（$β$，$l_{\rm UV}$）=（$2.17^{+2.42}_{-1.72}$，$9.33^{+0.43}_{-0.42} \rm ~erg~yr ~s^{-1}M_{\odot}^{-1})$），波谷位于$\sim$ $134^{+10}_{-17}$ $\rm MHz$，振幅为$\sim$ $-237^{-6}_{+7}$ $\rm m…
2022-08-03 astro-ph.CO astro-ph.GA
Dust in the reionization era: ALMA observations of a $z$=8.38 Galaxy
我们报告的引力透镜Y波段辍学，A2744_YD4，从深哈勃空间望远镜成像的前沿场集群阿贝尔2744的详细分析。阿塔卡马大型毫米波阵列（ALMA）的波段7观测表明，近距离探测到了一个显著的1毫米连续通量，这表明一个光度红移为$z\simeq8$的恒星形成星系存在尘埃。深X-SHOOTER光谱证实了A2744_YD4的高红移身份，通过检测在红移$z$ =8.38的莱曼$α$发射。与ALMA检测的关联通过在相同的红移处的[OIII] 88 $μ$ m发射的存在来证实。虽然这两个发射功能只在4 $σ$水平显着，我们认为他们的联合检测和位置重合与高红移辍学的HST图像证实了物理关联。对现有光度数据和适度引力放大率（$μ\simeq2$）的分析表明，A2744_YD 4的恒星质量为$\sim$ 2 $\times$ 10 $^9$ M $_{\odot}$，恒星形成率为$\sim20$ M $_{\odot}$ /年，尘埃质量为$\sim$ 6 $\times$ 10 $^{6}$ M $_{\odot}$。我们讨论了宇宙再电离开始后仅$\simeq$ 2亿年形成这样一个尘埃团的影响。
2017-03-06 astro-ph.CO astro-ph.GA
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
Directly Observing the Galaxies Likely Responsible for Reionization
我们报告了对哈勃前沿场星系团Abell 2744和MACS 0416的新分析，使用小波分解去除星系团的光，使高度放大（> 50倍）的星系的检测比以前的研究暗10倍。我们发现167个星系在z > 6，并与此样本，我们能够表征的UV光度函数M_UV = -12.5在z ~ 6，-14在z ~ 7和-15在z ~ 8。我们发现了一个陡峭的暗端斜率（α <-2），并且通过我们在暗端的改进统计，我们将α的分数不确定性在z ~ 6 - 7处降低到<2%，在z ~ 8处降低到4%。我们还通过单独使用每个可用的透镜模型并比较结果来研究由于透镜建模引起的系统不确定性;在所有红移下，α的系统分数不确定性<4%。我们现在直接观察星系的光度制度，模拟预测光度函数的暗端斜率的变化，但我们的结果提供了统计上非常有力的证据，反对任何营业额的光度范围内探测，更符合模拟中的恒星形成低质量的晕。因此，我们找到了强有力的支持，在z > 6时，陡峭的光度函数扩展到M_UV = -13，这与在标准假设下重建宇宙所需的暗淡星系的数量一致。
2018-05-14 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Prevalence of Galaxy Overdensities Around UV-Luminous Lyman $\mathbfα$ Emitters in the Epoch of Reionization
在再电离时代结束之前，宇宙中的氢主要是中性的。这导致了星系际介质中$z\gtrsim6$星系的Ly $α$线的强烈衰减。尽管如此，Ly $α$已经被检测到非常高的红移（$z\sim9$）的几个特别是紫外发光星系。在这里，我们测试在何种程度上银河系的本地环境可能会影响这样的源的Ly $α$传输。我们提出了一个专门的哈勃空间望远镜（HST）在CANDELS/EGS领域的成像分析，以寻找周围的三个最紫外发光和最遥远的光谱确认的LY $α$发射器：EGS-zs 8 -1，EGS-zs 8 -2和EGSY-z 8 p7在$z_\mathrm{spec}=7.73$，7.48和8.68，分别较暗的邻居。我们结合多波长HST成像与斯皮策数据，可靠地选择$z\sim7-9$星系周围的中央，紫外光源。在所有的情况下，我们发现一个明确的增强相邻星系相比，在一个空白领域的预期数量（由一个因素$\sim 3-9\times$）。因此，我们的分析揭示了宇宙再电离时代的心脏发光的LY $α$发射源周围无处不在的超密度。我们表明，我们的结果是非常符合预期的龙模拟，证实了理论预测，第一个电离气泡优先形成在过密区域。需要JWST对这里确定的邻近星系进行后续观测，以确认它们的物理联系，并绘制出这些来源产生的电离区。
2021-12-14 astro-ph.CO astro-ph.GA
Cosmic Variance and the Inhomogeneous UV Luminosity Function of Galaxies During Reionization
本文利用 CoDa II 辐射流体动力学模拟研究再电离时期 UVLF 的时空不均匀性，解释其暗端变平并指出小体积观测的宇宙方差被既有方法低估2至4倍。
2023-08-08 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Abundance of Star-Forming Galaxies in the Redshift Range 8.5 to 12: New Results from the 2012 Hubble Ultra Deep Field Campaign
我们提出了最深的搜索结果，迄今为止的恒星形成星系超越红移z~8.5利用一个新的序列的近红外宽视场相机3图像的哈勃超深场。2012年9月完成的这一“UDF 12”活动使WFC 3/IR在这一领域的早期曝光量增加了一倍，使用于定位此类遥远星系的关键F105 W滤光片的曝光量增加了四倍。结合F140 W滤波器中的额外成像，大大提高了高红移候选者的保真度。使用光谱能量分布拟合技术对从深多波段近红外堆叠中选择的对象进行拟合，我们发现7个有希望的z>8.5的候选者。由于之前声称的8.5<z<10的UDF候选者都没有被我们更深的多波段成像证实，我们的活动已经改变了在这个红移范围内测量的星系丰度。虽然我们恢复了候选的UDFj-39546284（先前提出的z=10.3），但在新添加的F140 W图像中没有检测到它，这意味着它位于z=11.9或z = 2.4的强烈发射线星系。虽然没有物理上合理的模型可以解释所需的线强度缺乏莱曼α或宽带紫外线信号，没有红外光谱，我们不能排除外来的闯入者。无论如何，我们强大的z ~ 8.5 - 10样本显示了亮度密度，继续使用JWST在6个< z 10星系上观察到的平滑下降< 8. Such continuity has important implications for models of cosmic reionization and future searc…
2012-11-29 astro-ph.CO
The High-$z$ Universe Confronts Warm Dark Matter: Galaxy Counts, Reionization and the Nature of Dark Matter
我们使用$N$ -体模拟来表明，由于这些模型缺乏早期结构形成，高红移星系计数对暗物质的性质提供了一个有趣的约束，特别是热暗物质（WDM）。我们的模拟包括三个WDM模型的热生产质量为0.8千电子伏，1.3千电子伏，和2.6千电子伏，以及CDM。假设暗晕质量和星系光度之间的关系是由所观察到的亮度函数在明亮的幅度，我们发现，0.8千电子伏WDM是不利的直接星系计数在哈勃超深场在$>\!\!10σ$。类似地，1.3 keV WDM在$2.2σ$处统计上不一致。未来使用JWST（以及可能通过前沿场的HST）进行的观测可能会在高显著性下排除$1.3$ keV WDM，并且可能对大于2.6 keV的WDM质量敏感。我们还研究了这些WDM模型中星系反射宇宙的能力，发现0.8 keV和1.3 keV WDM产生的光学深度与宇宙微波背景（CMB）在68% C. L.处不一致。与目前的普朗克的结果，即使有极高的电离辐射逃逸分数，和2.6 keV WDM需要一个乐观的逃逸分数，以产生与普朗克数据一致的光学深度。虽然CMB光学深度的计算是依赖于模型，我们发现一个强大的挑战，恒星的过程，单独在0.8千电子伏和1.3千电子伏WDM宇宙学的宇宙。
2014-05-14 astro-ph.CO hep-ph
Eridanus II: A Fossil from Reionization with an Off-Center Star Cluster
我们提出了深哈勃太空望远镜（HST）测光的超微弱矮星系波江座II（Eri II）。Eri II的绝对星等为M_V =-7.1，距离银河系339 kpc，刚好超过银河系的维里半径。我们确定了Eri II的恒星形成历史，并测量了星系及其星团的结构。我们发现，恒星形成的历史，由两个爆发，限制到匹配的光谱金属丰度分布的星系，准确地描述了二恒星星族。最佳拟合模型意味着恒星形成早期的快速截断，在z~6之前就有超过80%的恒星质量。一小部分恒星的年龄可能只有8 Gyr，但这个数量在统计学上并不显著;蒙特卡罗模拟只恢复了15%的时间内小于9 Gyr的成分，它们代表了平均7 +/- 4%的数量。这些结果与理论预期的再电离猝灭是一致的。HST的深度和角分辨率使我们能够表明，Eri II的星团偏离星系中心的投影距离为23 +/- 3 pc。这种偏移可能是一个小的（~50-75 pc）暗物质核心在Eri II的指示。此外，我们证明该星团具有0.31 + 0.05/-0.06的高椭圆率，并且与Eri II的方向在3 +/-6度内对齐，可能是由于潮汐。星团中的恒星星族与Eri II本身是无法区分的。
2020-11-30 astro-ph.CO astro-ph.GA
Simulating galaxies in the reionization era with FIRE-2: morphologies and sizes
我们使用来自真实环境反馈项目的高分辨率宇宙学放大模拟来研究z>5的星系的形态和大小。星系的形态多种多样，从致密到致密再到不规则。模拟的星系有更多的扩展形态和更大的尺寸时，使用静止帧光学B波段光比静止帧紫外光测量，从恒星质量表面密度测量的尺寸甚至更大。紫外线形态通常由几个小而明亮的年轻恒星团主导，这些恒星团并不总是与显著的恒星质量相关。B波段光比紫外线更能追踪恒星质量，但它也会受到明亮团块的影响。在所有的红移，星系的大小与恒星的质量/光度与大的散射。在固定星等下，半光半径的范围为0.01至0.2弧秒（0.05-1千秒差距物理量）。当z>5时，在恒星质量/光度一定的情况下，星系的大小演化为（1+z）^{-m}，其中m~1-2。对于质量小于M_star~10^8 M_sun的星系，半质量半径与晕维里半径的比值约为10%，并且在z=5-10时不会发生显著的演化;对于质量更大的星系，这个比值通常为1-5%。一个星系的“观测”大小在较浅的表面亮度极限处急剧减小。这种效应可以解释哈勃前沿场测量到的z>5星系的极小尺寸。我们提供的累积光分布的函数的表面亮度的典型星系在z=6的预测。
2018-02-12 astro-ph.CO astro-ph.GA
Atomic and molecular gas from the epoch of reionization down to redshift 2
宇宙气体构成了宇宙中重子物质的90%，而H $_2$是最接近恒星形成的分子。在这项工作中，我们研究了冷中性气体和它的H $_2$组分在不同的时代，利用最先进的流体动力学模拟，包括时间依赖的原子和分子非平衡化学耦合到恒星形成，反馈效应，不同的紫外背景在最近的文献和一些额外的过程-如气体自屏蔽，H $_2$尘埃颗粒催化，光电和宇宙射线加热-发生在结构形成期间（ColdSIM）。我们发现中性气体的质量密度参数$ Ω_{\rm neutral} \simeq $ 10 $^{-3}$和增加从低到高的红移，与现有的HI数据。在$z\sim $ 4-8下，所得H $_2$分数可高达$\sim $ 50%，与最新的高- $z$测量值一致。尽管依赖于所采用的紫外背景，推导出的$ Ω_{\rm H_2} $值与观测值一致，直到$z\sim$ 7，HI和H $_2$趋势都可以通过我们的基于非平衡H $_2$的恒星形成模型更好地再现。预测的气体耗尽时间尺度减少对较低的$z$，与H $_2$耗尽时间保持低于哈勃时间和可比的动力学时间在所有考虑的红移。这意味着非平衡分子冷却在各种环境中以及从非常早期的宇宙时代起，在驱动冷气体坍缩方面是有效的。在附录中，我们展示了对单个过程的详细分析，以及简单的数值参数化和拟合来解释它们。我们的研究结果表明，除了HI，非平衡H $_2$观测是评估冷气丰度和紫外背景辐射作用的关…
2021-11-26 astro-ph.CO astro-ph.GA
Magnification Bias of Distant Galaxies in the Hubble Frontier Fields: Testing Wave vs. Particle Dark Matter Predictions
作为强大的引力透镜，哈勃前沿场（HFF）计划的强透镜星系团允许进入比迄今可能的更高红移的低光度星系。我们分析了HFF，通过识别一个完整和可靠的样本高达$z \simeq 10$，在$z > 4.75$测量莱曼破裂星系的体积密度。在相对于其外围的高度放大的星系团区域中，发现了这样的星系的显着不足，这意味着天空区域的放大率超过了放大到通量极限以上的其他微弱星系。这种负的放大率偏差与紫外光度函数暗端的缓慢翻转相一致，并表明与标准冷暗物质相比，具有$m_\mathrm{B} \simeq 10^{-22} \, \mathrm{eV}$轻玻色子质量的玻色-爱因斯坦凝聚体暗物质更受青睐。我们强调，测量放大率偏差不需要校正多透镜图像（通常每个源有三个或更多图像），而直接重建光度函数将导致高估，除非这些图像可以完全匹配，特别是在暗弱端，只有在强透镜区域才能访问。此外，我们在$z \gtrsim 8$发现了一个独特的星系数密度向下的过渡，这可能与普朗克报告的相对较晚的再电离有关。我们的研究结果表明，JWST可能会窥视到一个“深渊”，在$z > 10$的深近红外成像中基本上没有发现星系。
2018-07-25 astro-ph.CO astro-ph.GA
Exploring the effect of different cosmologies on the Epoch of Reionization 21-cm signal with POLAR
本文用 GADGET-4 与 POLAR 模拟不同 $H_0$、$σ_8$ 宇宙学下的再电离过程，结合 JWST 紫外光度函数和 LOFAR 红移范围的 21-cm 功率谱，指出现有上限难以排除模型，多观测量联合可增强约束。
2025-08-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
Contrasting Galaxy Formation from Quantum Wave Dark Matter, $ψ$DM, with $Λ$CDM, using Planck and Hubble Data
$4 \lesssim z \lesssim 10$新建立的高z星系光度函数可以为解释矮星系核心性质的暗物质模型提供严格的检验。矮球状星系的核心被认为是太大了，以至于不能用温暖的暗物质的自由流动来解释，而不会过度抑制这种星系的形成。在这里，我们证明了宇宙学模拟波暗物质，$ψ$ DM，适合于轻玻色子，如轴子，不遭受这个问题，给出一个玻色子质量$m_ψ \ge 1.2 \times 10^{-22}{\,\rm eV}$（$2σ$）。在这种情况下，Halo质量函数被抑制在$\sim 10^{10}{\,M_\odot}$以下的水平，这是一致的高Z光度函数，而同时产生的矮星系中产生的孤子基态$ψ$ DM的kpc尺度的核心。我们证明，在这种情况下的再电离的历史是一致的汤姆逊光学深度最近报告的普朗克，假设一个合理的电离光子产生率。我们预测在$z \gtrsim 4$，光度函数应该在$M_{\rm UV} \gtrsim -16$的固有UV光度附近缓慢翻转。我们还表明，在哈勃前沿领域的星系放大$\mathord{>}10\times$，$ψ$ DM预测的数量级比冷暗物质在$z \gtrsim 10$到$M_{\rm UV} \sim -15$少检测，使我们能够区分这些非常不同的解释所观察到的冷暗物质。
2016-01-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
Detectability of Local Group Dwarf Galaxy Analogues at High Redshifts
本星系群中的矮星系被认为与再电离时期（z>6）最丰富的星系相似。由于它们的接近，可以获得关于这些星系的丰富信息;然而，由于它们的表面亮度较低，在高红移下探测它们的祖先是具有挑战性的。我们比较这些矮星系的物理特性，在高红移使用哈勃太空望远镜和斯皮策观测检测到的星系，并考虑即将到来的詹姆斯韦伯太空望远镜的前景检测高红移类似物的这些星系的承诺。
2015-10-07 astro-ph.CO astro-ph.GA
BICEP / Keck XVII: Line of Sight Distortion Analysis: Estimates of Gravitational Lensing, Anisotropic Cosmic Birefringence, Patchy Reionization, and Systematic Errors
本研究利用BICEP2、BICEP3和Keck Array截至2018年的95/150 GHz数据估计视线畸变场，约束引力透镜、偏振旋转、原初磁场与斑块状再电离，并验证仪器系统误差可控。
2023-06-05 astro-ph.CO
A Rigorous Free-form Lens Model of Abell 2744 to Meet the Hubble Frontier Fields Challenge
哈勃前沿场（HFF）对最强大的透镜星系团的成像提供了对最放大的遥远星系的访问。挑战在于构建能够描述这些复杂的大规模合并集群的透镜模型，以便能够可靠地识别单个透镜系统，并准确地导出其固有特性。我们应用自由形式的透镜方法（WSDG+）的A2744，提供一个模型独立的地图的集群质量，放大率和几何距离估计多透镜源。我们同时解决一个平滑的集群组件上的像素网格，连同本地偏转的集群成员星系。结合模型预测和测光红移测量，我们修正并完成了最近声称的几个系统，并确定了4个新系统-总共65张图像，涵盖了红移范围为1.4<z<9.8的21个系统。重建的质量显示出在X射线中可以看到大量热等离子体的方向上的小增强。我们比较光度红移与“几何红移”，发现一个高层次的自我一致性。我们发现预测和观测到的通量之间非常吻合-最佳拟合斜率为0.999+-0.013和RMS为~0.25等，表明我们对透镜背景星系的放大校正是非常可靠的。有趣的是，很少有多透镜星系被检测到超过z~7.0，尽管HFF滤波器允许高放大率和z~11.5的极限红移。有了额外的HFF集群，我们可以更好地研究任何明显的高Z赤字的可扩展性，具有潜在的重要意义的再电离时代和暗物质的性质。
2014-10-27 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Local Group as a time machine: studying the high-redshift Universe with nearby galaxies
本文将星布居合成模型与由哈勃空间望远镜（HST）观测得到的深色星等图导出的恒星形成历史相结合，推断了宇宙早期本群星系（$z \sim 2$和$z \sim 7$）的紫外光度。我们的分析为理解高$z$星系--包括那些即使用詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）也无法观测到的星系--在非常低的$z$宇宙中熟悉的、经过充分研究的物体的背景下提供了基础。我们发现，在再电离的时代，所有的本星系群矮星的亮度比最暗的星系在深空领域的HST观测检测。我们预测JWST将观测类似于今天的大麦云云的星系的$z \sim 7$祖先;然而，HST前沿领域计划可能已经在观测这样的星系，突出了引力透镜的力量。共识再电离模型需要一个外推的观察到的空白场光度函数在$z \approx 7$至少两个数量级，以保持再电离。这种情况需要天炉座和人马座矮球状星系的祖先是$z \sim 7$电离背景的贡献者。结合数值模拟，我们的研究结果认为，在紫外光度函数从一个弱端斜率$α\sim -2$在$M_{\rm UV} < -13$到$α\sim -1.2$在较低的光度。应用于较低红移的光度样本，我们的分析表明，在$z \sim 2$透镜场的HST观测能够探测亮度与预期的天炉座祖先相当的星系。
2015-08-27 astro-ph.CO astro-ph.GA
Early Dark Energy Effects on the 21cm Signal
本研究针对哈勃张力问题下的早期暗能量（EDE）模型，分析其对21厘米信号的影响特征，预测射电望远镜HERA可通过观测区分EDE与ΛCDM模型，并约束EDE的分数能量密度。
2024-10-29 astro-ph.CO hep-ph
A new multi-field determination of the galaxy luminosity function at z=7-9 incorporating the 2012 Hubble Ultra Deep Field imaging
本文给出了红移z ~ 7和z ~ 8处紫外星系光度函数（LF）的一个新的确定方法，并给出了z ~ 9处的首次估计。在高z的LF的形式和演化的准确测定是至关重要的，以提高我们的知识的早期星系演化和宇宙再电离。我们的分析充分利用了HST UDF 12活动中新的、最深的WFC 3/IR成像，并包括对所有适当的、浅/宽区域HST数据的新的、一致的分析。我们对z ~ 7-8处的LF演化的新测量是基于~600个星系的最终目录，并且涉及基于每个对象的红移概率分布的逐步极大似然确定;这充分利用了HUDF中现在可用的11波段成像，包括新的UDF 12 F140 W数据和深斯皮策IRAC成像。最终结果是确定z ~ 7 LF向下延伸至M_UV =-16.75，并且z ~ 8LF向下延伸至M_UV =-17.00。拟合Schechter函数，我们发现M* = -19.90（+0.23/-0.28），log phi* = -2.96（+0.18/-0.23），弱端斜率α =-1.90（+0.14/-0.15），并且在z~ 8处M* = -20.12（+0.37/-0.48），log phi* = -3.35（+0.28/-0.47），alpha=-2.02（+0.22/-0.23）。这些结果加强了这样的建议，即z > 7处的演化更类似于“密度演化”，而不是在z ~ 5-7处看到的表观“光度演化”。我们还提供…
2013-04-11 astro-ph.CO
New redshift z ~ 9 galaxies in the Hubble Frontier Fields: Implications for early evolution of the UV luminosity density
本文介绍了利用HST WFC 3/IR和ACS成像在前两个哈勃前沿场中对红移z ~ 9的星系进行新的搜索的结果。为了确保鲁棒的测光红移解决方案，并尽量减少不完整性，我们限制我们的搜索对象与H_{160} < 28.6（AB等），只考虑图像区域的均方根噪声sigma_{160} > 30等（在0.5角秒直径孔径），并坚持在H_{160}和J_{140}检测。结果是覆盖10.9平方米的有效面积（考虑放大后）的调查。arcmin，这产生了12个星系，8.4 < z < 9.5。在Abell-2744星系团和平行场中，我们确认了Ishigaki等人（2014）报道的三个最亮的天体，但Zheng等人（2014）报道的四个z > 8.4来源中只有一个。在MACSJ0416.1-240星系团场中，我们报告了5个天体，并解释了为什么在已发表的较浅的CLASH数据搜索中，这些天体都没有被检测到或分类为z ~ 9星系。最后，我们在MACSJ0416.1-240平行场中发现了4个z ~ 9星系。根据已发表的放大图，我们发现这12个星系中只有一个可能被引力透镜放大了两倍以上。因此，我们能够对z ~ 9 UV星系光度函数的标准化进行相当直接的重新分析，正如之前在HUDF 12计划中所探索的那样。我们的结论是，新的数据加强了从z ~ 8到z ~ 9的紫外光度密度（因此恒星形成率密度）持续平稳下降的证据，与最近…
2015-05-15 astro-ph.CO astro-ph.GA
Emission-Line Galaxies from the HST PEARS Grism Survey I: The South Fields
我们目前的搜索结果的发射线星系在南部领域的哈勃太空望远镜PEARS（探测演化和再电离光谱）棱晶调查。PEARS南场由五个ACS点（包括哈勃超深场）和G800 L棱镜组成，共120个轨道，揭示了天空GOODS-South区域中数千个微弱的物体光谱。发射线星系（ELG）是棱镜光谱中普遍存在的天体的一个子集。使用二维检测和提取程序，我们发现320条发射线起源于192个星系内的226个星系“结”。线识别的结果在118个新的灰色光谱红移星系在GOODS南领域。我们使用标准高斯拟合技术测量发射线通量。在棱镜数据的分辨率下，H-β和[OIII]双峰混合。然而，通过将两个高斯分量拟合到H-β和[OIII]特征，我们发现许多PEARS ELG与其他具有可比光度的星系样本相比具有较高的[OIII]/H-β比率。本文给出了ELG的恒星形成率（SFR），以及在z~0.1-0.5范围内各个星系中不同的巨星形成区的样本。我们发现，这些HII区域的径向距离一般驻留在星系的光学连续半光半径附近，类似于本地星系中的巨型HII区域。
2009-07-13 astro-ph.CO
MIDIS: Unveiling the Role of Strong Ha-emitters during the Epoch of Reionization with JWST
本研究基于 JWST/MIRI 超深成像分析 z≈7–8 的强 Hα 发射体，测量其电离光子效率、逃逸比例和电离辐射率，表明年轻低质量 HAE 可能是再电离的重要贡献者。
2024-06-13 astro-ph.CO astro-ph.GA
