The redshifted 21-cm signal in the EDGES low-band spectrum
EDGES合作报告了在78 MHz的射电背景中发现了一个意想不到的深吸收，并将其解释为第一次检测到来自宇宙黎明的红移21厘米。我们尝试了另一种分析，采用最大平滑函数方法来建模前景。使用这样的函数与平坦化的吸收轮廓一起对光谱进行联合拟合，产生$921 \pm 35$ mK的最佳拟合吸收幅度。由EDGES分析推断的21厘米吸收深度需要在宇宙黎明中调用非标准宇宙学或新物理学或新来源，这种与公认模型的紧张关系因我们的分析而加剧，表明吸收深度更大。或者，假设存在残留的未建模系统正弦特征，则测量的光谱可以同样良好地拟合，并且我们通过检查任何额外的21 cm信号来进一步探索这种可能性。然后，数据支持具有振幅$133 \pm 60$ mK、半功率$9 \pm 3$ MHz处的最佳宽度和中心频率$72.5 \pm 0.8$ MHz的高斯模型参数的吸收。我们还检查了测量光谱与合理的红移21 cm模型的一致性：Cohen等人2017年全球21 cm图谱中的265个轮廓中的3个受到光谱的青睐。我们的结论是，EDGES数据可能是符合标准的宇宙学和天体物理学，没有调用多余的无线电背景或重子-暗物质相互作用。
2019-06-06 astro-ph.CO astro-ph.IM
A limit on the warm dark matter particle mass from the redshifted 21 cm absorption line
最近的EDGES合作探测到中心频率为$ν= 78 \pm 1$ MHz的吸收信号，指出存在显著的莱曼- $α$背景，其红移为$z=18$。这个信号的时间限制了暖暗物质（WDM）宇宙学模型中的暗物质粒子质量（$m_χ$）。WDM延迟了小尺度结构的形成，因此，基于由于在$z=18$处的恒星形成而存在足够强的Ly-$α$背景，可以对$m_χ,$设置严格的下限。我们的结果表明，通过$α$泵浦的自旋温度耦合到气体需要一个最小的$m_χ>3$ keV的质量，如果原子冷却晕主导恒星形成率在$z=18,$和$m_χ>2$ keV，如果${\rm\,H_2}$冷却晕也有效地形成恒星在这个红移。这些限制匹配或超过最严格的限制引用到目前为止在文献中，即使在面对许多不确定性的恒星形成在高红移。
2018-05-16 astro-ph.CO astro-ph.GA
Stringent constraints on the H I spin temperature in two z > 3 Damped Lyman-alpha systems from redshifted 21 cm absorption studies
阻尼莱曼α吸收体的物理性质及其演化与星系形成和演化理论密切相关，具有重要的宇宙学意义。H I 21 cm吸收研究是测量这些系统的温度的一种有用的方法。在这项工作中，两个阻尼莱曼-α吸收体在z > 3的温度非常强的约束来自低射频观测。H I自旋温度被发现是大于2000 K的吸收剂。这些高红移系统的高自旋温度与其他阻尼莱曼α吸收体的温度汇编中发现的趋势一致。我们还认为，温度-金属丰度的关系，在文献中较早报道，是不太可能是一个虚假的视线效应，和红移的自旋温度的演变不会出现由于选择效应。所有这些都与阻尼莱曼α系统中暖气体部分的红移演化相一致。
2013-08-20 astro-ph.CO astro-ph.GA
Spectral Polarization of the Redshifted 21 cm Absorption Line Toward 3C 286
对3C 286的z=0.692 21 cm吸收线的斯托克斯参数谱的重新分析表明，我们原来声称的在B_los = 87微高斯的视线磁场下探测到塞曼分裂是不正确的。由于一个潜在的软件错误，我们报告的Stokes V实际上是Stokes U：修订后的Stokes V谱表明B_los < 17微高斯的3 σ上限。正确的分析揭示了分数偏振中的吸收特征，其在速度上从斯托克斯I光谱偏移-1.9 km/s。偏振位置-角度谱示出了也从斯托克斯I特征显著偏移的倾角，但是在与分数偏振中的吸收特征略微不同的速度下。针对3C 286的核心射流结构，我们用3个速度分量模拟了吸收特性。我们的卡方最小化拟合结果的组件具有不同的（1）的比率的H I柱密度自旋温度，（2）速度质心，和（3）速度分散。偏振位置角随频率的变化意味着吸收体对背景射流源的不完全覆盖。这也意味着在整个喷流源，这是观察到的频率高于839.4 MHz的吸收频率的偏振位置角的空间变化。气体的多组分结构最好理解为空间尺度约为100 pc的组分，由数百个线性尺寸约为1 pc的低温（T < 200 K）云组成。
2011-03-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
Is cold gas fuelling the radio galaxy NGC 315?
本文介绍射电星系NGC 315中HI吸收的WSRT、VLA和VLBI观测结果。主要结果是，两个HI吸收系统检测对中心区域。除了已知的高度红移，非常窄的组件，我们检测到相对较宽（FWZI 150公里/秒）的吸收。与系统速度相比，这个宽分量红移了~80 km/s，而窄吸收红移了~ 490 km/s。这两个HI吸收分量的VLBI观测的PC尺度空间分辨。宽分量显示沿射流的密度（或激发）和速度的强梯度。我们的结论是，这种气体是物理上接近活动星系核，虽然气体的性质，导致广泛的吸收还不完全清楚。它被射电喷流携带的可能性似乎不大。气体位于一个厚厚的环核环形结构不能完全排除，虽然它似乎很难与所观察到的形态和运动学的HI。一种可能性更大的情况是，产生广泛吸收的气体可能（直接或间接）与AGN的燃料有关，即落入核中的气体。如果是这样的话，吸积率的推导是类似于其他X射线发光的椭圆星系，虽然低于NGC 315的无线电核心光度。窄组分的密度分布是无特征的。此外，我们检测到少量的HI在发射几个千秒差距SW的活动星系核，符合微弱的光学吸收功能和速度非常相似的窄吸收。这意味着导致窄吸收的气体并不靠近活动星系核，更有可能是由落入NGC 315的云造成的。
2009-08-27 astro-ph.CO
The ALFALFA HI Absorption Pilot Survey: A Wide-Area Blind Damped Lyman Alpha System Survey of the Local Universe
我们提出的中性氢（HI）21厘米吸收的阿雷西博遗产快速阿雷西博L波段馈电阵列（ALCAFA）调查的试点调查的结果。该项目是对局部宇宙中HI吸收的广域“盲”搜索，跨度为-650 km/s < cz <17，500 km/s，覆盖517.0平方度（占ALCAFA全部调查的7%）。该调查是敏感的HI吸收线强于7.7 mJy（8983射电源），是90%的线强于11.0 mJy（7296源）完成。对所有阻尼莱曼α（DLA）系统（N_HI >= 2x10^20 cm^-2）敏感的总红移间隔为Δ z = 7.0（129个天体，假设T_s = 100 K，覆盖分数为1）;对超DLA系统（N_HI >= 2x10^21 cm^-2）敏感的总红移间隔为Δ z= 128.2（2353个天体）。我们在UGC 6081中重新检测到本征HI吸收线，但没有检测到干扰吸收线系统。我们计算了列密度频率分布函数f（N_HI，X）的95%置信上限，该函数跨越列密度的四个数量级，10^19（T_s/100 K）（1/f）cm^-2 < N_HI < 10^23（T_s/100 K）（1/f）cm^-2，这与先前的红移光学阻尼Ly α巡天和局域宇宙中的HI 21 cm辐射总量一致。检出率与现存的观察结果一致。这个试点调查表明，吸收线搜索完整的ALORFA调查-或任何更高的红移，更大的带宽，或更敏感的调查，如那些计划平方公里…
2011-08-19 astro-ph.CO
Statistical Detection of IGM Structures during Cosmic Reionization using Absorption of the Redshifted 21 cm line by HI against Compact Background Radio Sources
在宇宙再电离过程中，通过吸收（21厘米森林）对背景辐射探测星系际介质（IGM）中的中性氢结构被认为是独立的和补充的三维层析成像和功率谱技术。这种吸收的直接检测需要在高红移（$z\gtrsim 8$）下非常明亮（$\gtrsim 10$ ~ 100 mJ y）的背景源，这显然是罕见的;非常长的积分时间;或者非常高灵敏度的仪器。这激发了沿着狭窄的视线但具有较暗背景物体（$\sim 1$ -10 mJy）的统计一维（1D）功率谱方法，这些背景物体在高红移下可能更丰富和重要。1D功率谱降低了宇宙方差，提高了灵敏度，特别是在小空间尺度上。使用标准的辐射转移和基准模型的仪器，背景源，在宇宙再电离过程中的IGM结构的演变，沿选定的窄方向的一维功率谱的潜力进行了研究，对热噪声和彩色合成点扩散函数（PSF）响应的不确定性。高红移背景源的数量，望远镜的灵敏度，和PSF质量的最低要求估计的范围内的仪器，背景源，和再电离模型参数。在较高的红移下，一维功率谱本质上更强。一个$\sim 1000$ hr的观测活动，目标是$\sim 100$狭窄的视线，以无线电微弱，高红移背景对象与现代射电望远镜，特别是平方公里阵列，可以检测的一维功率谱的空间尺度和红移的范围，并可能区分宇宙再电离的模型。
2020-08-07 astro-ph.CO astro-ph.IM
Blind Search for 21-cm Absorption Systems in New Generation Chinese Radio Telescopes
中性氢云已知存在于宇宙中，但其空间分布和物理性质知之甚少。这些缺失的信息可以通过盲查21厘米吸收系统，由中国新一代射电望远镜进行研究。预测了我国两台具有代表性的射电望远镜-500米口径球面射电望远镜（FAST）和天来21厘米宇宙学实验（天来）对21厘米吸收系统的巡天能力。在这些望远镜的高灵敏度（FAST）或宽视场（天籁）的帮助下，可以在几年内发现一千多个21厘米的吸收系统，比过去半个世纪的累积发现有数量级的提高。
2017-04-14 astro-ph.CO astro-ph.GA
Extent and structure of intervening absorbers from absorption lines redshifted on quasar emission lines
我们希望研究介入类星体吸收体的范围和亚秒差距尺度的空间结构，主要是那些涉及中性和分子气体。我们选择了光谱分辨率高、信噪比好的类星体吸收系统，其中一些谱线落在类星体发射特征上。通过研究对类星体连续谱源或在更扩展的发射线区域（ELR）上形成的线的吸收轮廓的一致性，我们可以探测在ELR范围内（0.3-1 pc）的前景吸收体的范围和结构。空间覆盖分析提供了对吸收体横向尺寸的限制，因此是对可变性或光电离建模研究的补充。我们用线轮廓拟合和生长曲线分析的方法来识别空间覆盖或结构效应，我们在中性气体中检测到了三个具有明确的非均匀性效应的吸收体。对于一个极端情况，FeI吸收体在z_abs=0.45206朝向HE 0001-2340，我们推导出ELR的覆盖因子至多为0.10，可能非常接近于零;这意味着吸收体的总尺寸不大于0.06 pc。对于z_abs=2.41837的CI吸收体朝向类星体J1439+1117，在几个CI和CI* 速度分量中，对ELR的吸收明显强于对连续源的吸收，这表明它们的柱密度的两个空间变化和100 au - 0.1 pc尺度的结构的存在。具有确定或可能影响的其他系统可以用部分覆盖最远距离来描述，覆盖系数在0.7 - 1之间。冷中性吸收体的总体结果意味着横向范围约为ELR尺寸的五倍或更小，这与其他已知的约束一致。
2017-05-22 astro-ph.CO astro-ph.GA
Black holes at cosmic dawn in the redshifted 21cm signal of HI
在宇宙黎明（CD）时，Pop III恒星和黑洞（BH）的间接观测可能被印刻为HI相对于CMB的21厘米线上的吸收信号，当时宇宙的年龄不到2亿年。为了解释EDGES报告的21 cm HI吸收的额外大幅度，已经提出了基于BH喷流源的额外同步加速器宇宙射电背景（CRB）的模型，该模型增强了CD处的HI吸收信号。最近在z=7的高z类星体中观测到射电大声超大质量黑洞（SMBHs），表明存在一个CRB，来自z > 15的黑洞的增长，强度未知。为了匹配EDGES信号的起始，需要与CMB强度相当的CRB。在这里，我们提供近似计算来分析这种类型的吸收信号，以边缘为例。假设BH质量与射电光度之比与在z = 6-7的类星体中观测到的射电强太阳质量约为10^9的SMBH一样，我们发现，快速增长的中等质量射电亮BH（IMBH）以其成为SMBH的方式，是CRB的唯一类型的天体物理射电源，可以解释EDGES报告的z = 18 ~ 20区间的HI吸收幅度。在这些红移处，EDGES信号意味着IMBH的整体质量密度必须超过恒星的质量密度，超过在这些高红移处预期的最大恒星质量密度（SMD）的70%。这表明这些IMBH形成于恒星之前，并且比大部分恒星生长得更快，典型的Pop III恒星的恒星质量BH残留物没有大的质量贡献。来自这些IMBH的高度红移信号可以用SKA等超灵敏干涉仪在长无线电波长处检测，用JWST在红外线中检…
2022-03-23 astro-ph.CO physics.atom-ph
A search for HI 21cm absorption towards a radio-selected quasar sample II: a new low spin temperature DLA at high redshift
我们报告的结果，从红移HI 21厘米的吸收，从八个阻尼莱曼- $α$吸收体（DLAs）在我们早期的光学调查发现DLAs对射电响亮类星体的深搜索。从$z = 2.192$ DLA到TXS 2039 +187检测到HI 21 cm吸收，仅在$z > 2$处检测到第6例，而在$z > 2$处的其他6个DLA中获得了HI 21 cm光学深度的上限。我们在第八个系统中检测到HI 21 cm吸收，在朝向TXS 0311 +430的$z = 2.289$处，已在较早时报道。我们还提出了高空间分辨率的图像的背景类星体的频率接近红移HI 21厘米线频率，使我们能够估计每个DLA的覆盖因子，然后确定其自旋温度$T_s$。对于三个未检测到HI 21 cm吸收的情况，我们得到了自旋温度的强下限$T_s \gtrsim 790$ K，类似于大部分高$z$ DLA群体;另外三个DLA产生弱下限$T_s > 140-400$ K。然而，对于具有HI 21 cm吸收的检测的两个DLA，对于朝向TXS 2039 +187的$z = 2.192$ DLA，导出的自旋温度均为低的$T_s = (160 \pm 35) \times (f/0.35)$ K，并且对于朝向TXS 0311 +430的$z = 2.289$ DLA，导出的自旋温度均为低的$T_s = (72 \pm 18) \times (f/0.52)$ …
2013-01-15 astro-ph.CO
A Giant Metrewave Radio Telescope search for associated HI 21cm absorption in high-redshift flat-spectrum sources
本文报道了用巨型米波射电望远镜在$1.1 < z < 3.6$上对24个活动星系核（AGN）的“关联”红移HI 21 cm吸收的研究结果，这些活动星系核是从加州理工学院Jodrell银行平谱（CJF）样品中选出的。23个有可用数据的源中有22个没有显示出吸收的证据，典型的$3σ$光学深度探测极限为$\approx 0.01$，速度分辨率为$\approx 30$ ~km~s $^{-1}$。在$z \approx 3.530$获得了对TXS 0604 +728的单次试验性吸收检测。如果得到证实，这将是HI 21 cm吸收的最高红移。包括文献中检索到的29个具有红移HI 21 cm吸收的CJF源，主要是在$z < 1$上，我们构造了52个均匀选择的平谱源的样本。对截尾数据的Peto-Prentice双样本检验发现（在$\approx 3σ$显著性下），高$z$样本的HI 21 cm吸收强度比低$z$样本的弱，这是第一个统计上显著的证据，证明了在一致选择的活动星系核样本中HI 21 cm吸收强度的红移演化。然而，双样本检验还发现，在$\approx 3.4 σ$显著意义下，低紫外或射电光度的活动星系核的HI 21 cm吸收强度较高。高光度的活动星系核通常位于高红移，这一事实意味着目前不可能打破活动星系核光度和红移演化之间的简并性，这是高红移、高光度活动星系核中低HI 21 cm不透明度…
2015-11-15 astro-ph.CO astro-ph.GA
Broad, weak 21 cm absorption in an early type galaxy: spectral-line finding and parametrization for future surveys
我们报告确凿的验证检测相关HI 21厘米吸收的早期型宿主星系的紧凑的射电源PMNJ 2054 -4242。我们估计有效的谱线速度宽度为418 +/- 20 km s^{-1}，观测到的峰值光学深度为2.5 +/-0.2%，这是迄今为止探测到的最宽和最弱的21 cm吸收线之一。对于T_{spin} /f > 100 K，原子中性氢柱密度为N_{HI} > 2 x 10^{21} cm^{-2}。相对于光学光谱测量，观测到的谱线轮廓红移了187 +/- 46 km s^{-1}，这可能表明HI气体正在向中央活动星系核下落。我们最初的试探性探测可能会被目视检查驳回，因此它的验证是我们的谱线探测技术的一个很好的测试，目前正在开发中，预计未来的下一代21厘米吸收线调查。
2013-01-23 astro-ph.CO
Studying the Reionization Epoch with QSO Absorption Lines
类星体光谱中的吸收特征是我们研究高红移星系和星系际环境的最有力的工具之一。随着z > 7的类星体的发现，类星体吸收线现在正在使用氢莱曼- $α$森林和重元素吸收体跟踪多个前沿上的再电离结束阶段。利用大型光学/红外望远镜进行的下一代类星体吸收线研究将详细揭示第一批星系是如何形成宇宙网的，如何改变它们的环星系和星系间环境，以及如何完成宇宙最后一次重大的相变。这些努力将补充其他即将进行的再电离研究，如JWST，ALMA和红移21厘米实验。
2019-03-12 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Discovery of Host Galaxy HI Absorption in CTA 21
我们报告的HI 21厘米吸收的发现对研究GHz峰值频谱源CTA 21（4C 16.09）使用阿雷西博望远镜在2009年9月20日和21日。最近，当美国电视台被要求从模拟传输切换到数字传输时，700和800 MHz之间的频段暂时开放给射电天文学，并进行了新的频率分配。CTA 21的红移HI频率落在该频带内。CTA 21在一系列尺度上具有复杂的无线电结构。最里面的主要成分分离约12质量，而弱扩散发射延伸至约300质量。我们发现的HI吸收曲线有两个主要成分，一个窄，另一个宽和蓝移。假设覆盖因子为1，自旋温度为100 K，HI柱的总密度为7.9 x 10^20 cm^-2。这个HI吸收证实了最近确定的z ~ 0.907的暗星系的光学红移。我们讨论了这种新的检测光HI吸收研究对紧凑的射电源，也可能CTA 21可能会表现出多个周期的核活动。CTA 21中的这一新发现与射电星系中HI吸收检测的强烈趋势一致，并有证据表明存在偶发性核/喷流活动。
2010-04-22 astro-ph.CO
VLBA Observations of HI in the Archetype Compact Symmetric Object B2352+495
B2352+495是紧凑对称天体（CSO）的原型。它有一个双射电波瓣对称地位于相对于中央平频谱无线电核心（AGN的位置），并具有小于200 pc的物理范围。在这项工作中，我们报告VLBA观测到的21厘米HI吸收朝向B2352+495调查这个显着的无线电源的属性，特别是，探索无线电发射是否可以被限制的环核材料（挫折的情况下）或源是否可能是年轻的。我们证实了先前在B2352+495方向探测到的两个HI吸收特征--一条几乎以星系系统速度为中心的宽线和一个窄的红移分量。来自宽吸收分量的原子气体可能与环核物质有关，这与当前超大质量黑洞周围环形结构中的cluploid HI分布范例一致。
2009-10-27 astro-ph.CO
Disentangling the circumnuclear environs of Centaurus A: II. On the nature of the broad absorption line
本文报道了最近的强射电星系半人马座A（NGC 5128）的原子气体（HI）和分子气体（CO（2-1）示踪）的红移吸收特征。我们的HI观测使用甚长基线阵列，使我们能够辨别前所未有的sub-parsec分辨率HI吸收剖面朝向不同的位置沿21厘米连续喷流发射内0。“3（或5.4个百分点）。此外，我们的CO（2-1）数据获得的亚毫米阵列探测的吸收分子气体的大部分几乎没有污染的排放，不可能与以前的CO单碟观测。我们用这些数据阐明了视线中气体的物理性质，强调了关于产生宽吸收线（~55 km/s）的气体性质的仍然公开的争论。首先，宽的H I谱线在中心最亮的21 cm连续谱分量上比在喷流附近20 mas（或0.4 pc）处更突出，这表明宽的吸收谱线来自于靠近核的气体，而不是来自于扩散的更远的气体。第二，在CO（2-1）吸收光谱中检测到的不同速度分量与其他分子谱线（例如HCO+（1-0）的谱线）匹配良好，除了在HCO+（1-0）中检测到的宽吸收谱线（并且最可能与H I的谱线相关）。活动星系核引起的分子氢的解离在<= 10 pc的距离上似乎是有效的，这可能有助于宽的H I和分子线的深度。
2010-07-13 astro-ph.CO
ALMACAL VI: Molecular gas mass density across cosmic time via a blind search for intervening molecular absorbers
我们才刚刚开始了解从$z\sim 2$到现在，宇宙恒星形成率发生巨大变化的物理过程。与恒星形成直接相关的一个量是分子气体密度，它应该通过独立的方法来测量，以探索由于宇宙变化和系统不确定性而导致的变化。我们使用毫米明亮背景源光谱中的CO吸收线来提供宇宙分子气体质量密度的普查。本工作中使用的数据来自ALMACAL，这是一项利用ALMA校准器存档的广泛而深入的调查。虽然我们报告了多条银河系吸收线和一个本征吸收体，但没有检测到河外介入分子吸收体。然而，由于大的红移路径调查（$Δz=182$），我们提供的限制分子柱密度分布函数超出$z\sim 0$。此外，我们探测了N（H $_2$）> 10 $^{16}$ atoms~cm $^{-2}$的柱密度，比以前的研究低5个数量级。我们使用宇宙学流体动力学模拟IllustrisTNG表明，我们的上限$ρ({\rm H}_2)\lesssim 10^{8.3} \text{M}_{\odot} \text{Mpc}^{-3}$在$0 < z \leq 1.7$已经提供了新的约束，目前的理论预测的冷分子阶段的气体。这些结果与最近的CO排放线调查是一致的，并补充这些研究。综合约束表明，目前宇宙恒星形成率的历史下降是一致的，在星系中的分子气体相比，$z\sim 2$的增加耗尽。
2019-09-18 astro-ph.CO astro-ph.GA
