Warm Dark Matter and Cosmic Reionization
在暗物质由keV质量的粒子（如无菌中微子）组成的模型中，小尺度的密度扰动被抑制，延迟了最低质量星系形成的时期，因此将再电离过程转移到更晚的时期。在这项研究中，集中在温暖的暗物质（WDM）的质量接近其目前的下限，即周围的$3$ keV区域，我们从星系光度函数，电离历史和冈恩-彼得森效应的约束。我们表明，即使调整模拟中的恒星形成效率以匹配CDM和WDM模型中观测到的UV星系光度函数，Gunn-Peterson光学深度的完整分布仍保留了WDM模型中延迟再电离的强烈特征。然而，直到现代星系形成模拟中使用的恒星形成和恒星反馈模型得到更好的约束，任何关于暗物质性质的结论都来自于再电离观测值仍然依赖于模型。
2017-08-28 astro-ph.CO
Reionization in the dark and the light from Cosmic Microwave Background
我们探讨了普朗克2015年宇宙微波背景（CMB）数据的再电离历史的约束条件，并推导出未来CMB观测的预测。我们考虑一类单调的历史参数化的再电离的两个额外的参数，相对于在瞬时再电离建模中使用的平均光学深度。我们研究了再电离的历史和标准宇宙学模型的选定扩展之间的简并性。特别是，我们认为与中微子部门的总质量的简并，我们讨论了可能的相关性之间的暗物质湮灭和持续时间的再电离的CMB。我们使用Hazra和Smoot，JCAP 1711，028（2017）中提出的多离子模型的扩展。我们将普朗克2015年数据的约束与未来可能的CMB任务LiteBIRD的预测约束进行了比较，我们还使用了拟议的类似CORE的规格作为更高分辨率的例子。我们发现，平均光学深度和再电离持续时间之间的简并性将基本上被这两个概念所消除。再电离历史与总中微子质量和暗物质湮灭性质之间的简并性也将通过未来的调查得到改善。我们发现，在再电离的时间长的情况下，在更高的分辨率的再电离历史的约束只有边际改善。
2018-07-14 astro-ph.CO
Cosmic Reionization History and Dark Matter Scenarios
我们进行了分析的宇宙再电离的标准冷暗物质（CDM）的范例和替代暗物质的情况下。在Corasaniti等人（2017）的工作基础上，我们预测了CDM的再电离历史，对于温暖的暗物质（WDM），晚期形成的暗物质（LFDM）和超轻轴子暗物质（ADM）模型，这些模型重现了在非常高的红移$6\le z\le 10$下星系光度函数的最新测量。为此，我们采用了一个再电离模型参数化的限制紫外星系的大小有助于再电离$M_{\rm lim}$和平均有效逃逸分数的紫外光子到达星系际介质$\tilde{f}$。对于每个DM模型，我们计算的红移演化的汤姆逊散射光学厚度$τ_e(z)$和共动电离分数$Q_{\rm HII}(z)$。我们发现不同的DM模型有相似的再电离历史。相对于CDM的情况下的差异增加在较弱的限制UV-幅度和退化的影响，改变再电离模型参数。使用普朗克的集成光学深度的测定结合测量的中性氢分数在不同的红移，我们推断的约束$\tilde{f}$和$M_{\rm lim}$。结果在很大程度上是独立的假设DM的情况下，特别是对于$M_{\rm lim}\gtrsim -13$，我们得到的有效逃逸分数位于范围$0.07\lesssim \tilde{f}\lesssim 0.15$在$2σ$。
2019-01-21 astro-ph.CO
The Dark Ages of the Universe and Hydrogen Reionization
宇宙历史上的里程碑之一是第一个发光物体的形成和氢的再电离。宇宙结构形成的标准理论预测，第一代恒星在大爆炸后大约几亿年诞生。然后，黑暗的宇宙再次被点亮，最终充满了从恒星、星系和类星体发出的紫外光子。宇宙再电离的确切时期和过程的细节，甚至主要来源，除了宇宙早期被再电离的事实外，还不知道。再电离的特征预计会在宇宙微波背景辐射中留下印记，特别是在它的大尺度极化中。未来的CMB实验，连同其他探测器，如21厘米的调查，将提供丰富的信息，再电离过程。我们回顾了最近关于再电离的研究。从现有的观测在很宽的波长范围内的影响进行了讨论。最先进的计算机模拟的结果。最后，我们讨论了探索宇宙历史最初几亿年的前景。
2014-04-28 astro-ph.CO
Impact of Sommerfeld enhancement on helium reionization via WIMP dark matter
暗物质湮灭会对宇宙中的许多天体物理过程产生强烈的影响。在索默菲尔德增强的湮没截面的情况下，湮没率在后期增强，从而增强了潜在的湮没特征。在这里，我们计算的夏季增强湮灭签名的时代，氦再电离，时代，氦成为完全电离，由于高能光子。当考虑从CMB注入的能量的上限，我们发现，由此产生的丰富的He $^{++}$成为独立的暗物质粒子质量。因此，与标准场景相比，所得到的增强高出1-2个数量级。对于符合CMB约束的实际情况，氦再电离的历元没有明显的变化，它是在红移$3$和$4$之间完成的。虽然很难将暗物质湮灭与天体物理学贡献（活动星系核）分开，但使用大型强子对撞机（LHC）对暗物质粒子及其相互作用的潜在探测将使人们能够量化暗物质的贡献。
2018-02-15 astro-ph.CO
Helium reionization in the presence of self-annihilating clumpy dark matter
氦的再电离描述了在星系际介质（IGM）中氦从单电离态到双电离态的跃迁。该过程对于IGM的热演化是重要的，并且影响具有高于$54.4$ ~eV的能量的光子的平均自由程。虽然这是众所周知的，氦再电离主要是由在$z<6$的高能类星体的贡献驱动，我们在这里研究如何氦再电离进行，如果有一个额外的贡献，由于湮灭的暗物质。我们探讨了不同的暗物质配置文件的暗物质聚集因子，这可以显着提高湮灭率在后期的影响。我们发现，暗物质湮灭的存在下，提高了氦$^{++}$丰度在早期阶段，它将是零内的标准模型，它可以进一步增加在结构形成过程中，反映了增加的暗物质聚集因子。然而，后者随着类星体贡献的积累而退化，因此我们预计在后期不会发生重大变化。我们希望，未来的研究，他$^+$莱曼$α$森林可能有助于评估是否演变是一致的贡献，从类星体单独，或者如果一个额外的组件可能需要。
2015-06-18 astro-ph.CO
Constraining the unexplored period between reionization and the dark ages with observations of the global 21 cm signal
用单偶极实验观测红移21厘米中性氢谱线的全球亮温的频率依赖性是可能的。在本文中，我们开发了一个Fisher矩阵形式主义计算的灵敏度，这些仪器的21厘米信号的再电离和黑暗时代。我们表明，只要局部前景可以用低阶多项式很好地建模，持续时间delta z< 2的快速再电离历史就可以受到约束。然后，它表明，在范围内的观测nu = 50 - 100 MHz可以可行地限制莱曼α和X射线发射率的第一批恒星形成在z = 15 - 25，只要系统的温度残差可以控制到小于1 mK。最后，我们证明了从恒星形成前的黑暗时代检测21厘米信号的困难。
2010-05-21 astro-ph.CO
Dark-ages Reionization & Galaxy Formation Simulation VIII. Suppressed growth of dark matter halos during the Epoch of Reionization
我们研究了重子吸积的流体静力学抑制如何影响再电离时期暗物质晕的增长率。在一个简单的流体动力学模拟中，气体只冷却的晕属性进行比较，与其无碰撞等效，我们发现，晕增长放缓的流体静力学力防止气体崩溃。在我们的模拟中，在与再电离相关的高红移（介于${\sim}6$和${\sim}11$之间），由于重子的静水压力，矮星系（$\lesssim 10^{9} \mathrm{M_\odot}$）的晕可以减少到2倍的质量。因此，重子效应的列入减少了2至4倍的晕质量函数的低质量尾部的幅度。此外，我们还发现在高红移的矮星系中，暗物质晕中的重子比例从未超过宇宙重子比例的${\sim}90\%$。在重子过程中，包括冷却、恒星形成、超新星反馈和再电离等过程，随着${\sim}30\%$进一步降低到60%，抑制效应变得更加显著.虽然收敛测试表明，抑制可能会变得更弱，在更高的分辨率模拟，这种抑制的增长将是重要的半解析模型的星系形成，其中继承的晕质量从一个基本的N体模拟直接决定星系的属性。绝热模拟的基础上，我们提供的表来说明这些影响在N体模拟，并提出了一个修改的晕质量函数以及解释性的解析计算。
2017-02-21 astro-ph.CO
Unveiling the dark matter nature with reionization relics
Tsinghua University（清华大学）；Peng Cheng Laboratory（鹏城实验室）；University of Waterloo（滑铁卢大学）；University of Costa Rica（哥斯达黎加大学）；The Ohio State University（俄亥俄州立大学）
提出基于长寿命再电离遗迹的大尺度探针，通过Lyα森林和21厘米强度映射约束温暗物质质量下限。
2026-05-26 astro-ph.CO
Breaking the UV Luminosity Function Degeneracy:Self-Interacting Dark Matter Constraints from Reionization Topology
University of Oxford（牛津大学）；Shanghai Astronomical Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海天文台）
本文通过再电离拓扑证明自相互作用暗物质约束不再退化，利用JWST和SKA1-Low数据排除或检测特定暗物质参数。
2026-04-21 astro-ph.CO
The imprint of the relative velocity between baryons and dark matter on the 21-cm signal from reionization
重子在暗物质中的后复合流使重子在几个同向运动的Mpc尺度上一致地远离低质量（<10^6太阳质量）晕。有人认为，这将对再电离前后的21厘米信号产生很大影响，因为它提高了形成电离源所需的最小质量。使用半数值代码，我们表明，重子流效应对21厘米的信号在再电离（红移z约7-20）的影响强烈依赖于冷却的情况下假设恒星形成，以及相应的维里温度或质量在恒星形成。对于氢原子在10^4开尔文冷却的典型情况，恒星形成的最小质量远高于受重子流影响的晕的质量，并且现有的预测没有重大变化。对于分子氢冷却的情况下，我们发现，再电离延迟的红移约为2的变化，并发现在一个给定的电离分数在大的模式，更多的相对功率。然而，再电离的延迟是退化的天体物理学假设，如恒星的紫外光子的生产率。
2011-10-20 astro-ph.CO
Signature of the interaction between dark sectors in the reionization process
我们考虑了暗物质与暗能量相互作用的宇宙学模型中的再电离过程。使用半解析再电离模型，我们计算的电离分数的空间平均和线性扰动方面的演变。我们发现，某些类型的相互作用之间的暗物质和暗能量可以显着影响再电离的历史。我们计算的21厘米的信号的相互作用模型，并比较结果与预测的${\rm ΛCDM}$模型。
2019-01-07 astro-ph.CO gr-qc
Stacking HI in the dark: Towards detecting the reionization-epoch 21 cm signal in Lyman-$α$ dark gaps
Max-Planck-Institut für Astronomie（马克斯·普朗克天文学研究所）
提出利用类星体吸收光谱暗隙引导的实空间堆叠技术，探测再电离纪元21厘米信号，模拟显示约100个暗隙可实现信噪比超10的稳健探测。
2026-09-09 astro-ph.CO
Large-scale variation in reionization history caused by Baryon-dark matter streaming velocity
在宇宙复合时，重子与暗物质之间存在超音速相对运动，这种相对运动起源于早期宇宙中的重子声振荡。这种运动被认为对宇宙再电离后期的影响可以忽略不计，因为相对速度迅速降低。然而，最近的研究表明，小于本地金斯质量（$\lesssim$ $10^8~M_\odot$）的气体云中的复合可以通过增加电离星系际介质所需的紫外光子数量来影响再电离历史。出于这一动机，我们进行了一系列的辐射流体动力学模拟，以调查是否流运动可以产生变化的局部再电离的历史，通过平滑的clusional小尺度结构和降低电离光子预算。我们发现，流速可以在再电离末端红移中增加$Δz_e$ $\sim$ $0.05$ $-$ $0.5$的变化，这取决于X射线预热的水平和电离源的时间演化。当星系的电离效率越往后降低时，这种变化越大。考虑到流运动（$\gtrsim 100$ Mpc）的长空间涨落尺度，它有助于解释类星体观测到的Ly $α$不透明度变化，并在星系际介质的电离场上留下再电离过程中的大尺度印记. X射线源的预再电离加热是另一个关键因素，可以抑制小尺度气体聚集，并可以减少由流动运动引入的$z_e$的变化。
2021-01-22 astro-ph.CO
No way ou$τ$: Epoch of Reionization Observations Do not Support Large Values of the Optical Depth to Reionization
Pengcheng Laboratory（鹏城实验室）；Tsinghua University（清华大学）
该研究结合CMB、BAO及再电离相关观测数据，采用Gompertzian再电离框架分析，得出再电离光深为0.067±0.011，在大于约2σ水平上偏好动力学暗能量，大尺度极化的系统误差难以解释该偏好。
2026-08-04 astro-ph.CO
The Effects of Dark Matter Annihilation on Cosmic Reionization
我们通过研究宇宙再电离的时代，重新审视约束暗物质（DM）性质的可能性。先前的研究表明，DM湮灭不太可能提供大部分电离宇宙的光子，而是相对于恒星和类星体发挥了次要作用。然而，DM在$z\sim100-200$开始有效地湮灭，形成原始微晕，比第一颗恒星的形成要早得多。因此，如果DM湮灭在间隔$z \sim 20-100$上以甚至百分比水平电离宇宙，它可以在全球光学深度$τ$上留下显著的印记。此外，我们表明，宇宙微波背景（CMB）的偏振数据和未来的21厘米测量将使我们能够更直接地探测DM的光学深度的贡献。为了计算整个再电离时期的湮灭率，我们采用了结构形成研究的最新结果，并探讨了各种自由参数对我们结果的影响。我们表明，未来的测量可能会限制暗物质的湮灭截面的水平，从矮星系的观测，宇宙射线测量和重组的研究。
2015-12-02 astro-ph.CO
Studying dark gaps in Ly-$α$ forest transmission with large reionization simulations
Max-Planck-Institut für Astronomie（马克斯·普朗克天文学研究所）；Institute for Theoretical Physics, Heidelberg University（海德堡大学理论物理研究所）
通过大体积模拟研究Ly-α森林暗隙分布，探讨再电离末期宇宙介质的物理条件，发现稍晚的再电离结束情景与观测数据最吻合。
2026-05-09 astro-ph.CO
Reionization and dark matter decay
宇宙再电离和暗物质衰变也会以类似的方式影响宇宙微波天空的观测。为了从宇宙微波背景观测中抑制不稳定的暗物质，需要同时研究这两种效应。我们比较了有和没有暗物质衰变的两个再电离模型。我们发现，一个再电离模型，也适合数据从类星体和恒星形成星系的结果在更严格的约束的再电离光学深度$τ_{\text{reio}}$，但较弱的约束的光谱指数$n_{\text{s}}$比传统的参数化。我们使用普朗克2015年的数据来限制暗物质的有效衰变率为$95$ \%C. L.的$Γ_{\rm eff} < 2.9 \times 10^{-25}/$ s。该限制是稳健的且与模型无关。它适用于任何类型的衰变暗物质，并且它仅微弱地依赖于所选择的天体物理再电离参数化。对于只衰变为电磁分量的轻暗物质粒子，这意味着$95$ \%C. L.处的$Γ< 5.3 \times 10^{-26}/$ s的极限。通过对衰变通道的分析，我们将结果应用于keV质量的不育中微子作为暗物质候选者的情况，得到了它们的混合角和质量的约束条件，这些约束条件与来自漫射X射线背景的约束条件相当.
2016-09-06 astro-ph.CO hep-ph
Dark Twilight Joined with the Light of Dawn to Unveil the Reionization History
改进测量的宇宙微波背景极化普朗克允许一个详细的研究超出平均光学深度的再电离。较低的光学深度值不利于早期开始和早期完成的reionization有利于redsfhit范围内，不同的天体物理探测器提供合理的信息，再电离源和星系际介质的状态。在这项工作中，我们扩展了我们以前的研究，其中我们通过结合三种不同的探针- CMB，UV光度密度和中性氢分数数据-在治疗和数据中约束再电离：我们首先允许UV源项的变化，改变UV发光度转换成电离光子的效率与逃逸分数的乘积以及再电离和宇宙学参数，然后，我们调查的影响，一个不太保守的削减紫外光度函数。我们发现，估计的效率是一致的95%C. L。与我们在以前的结果中考虑的固定值，并且主要受QHII数据的约束。我们发现，允许效率的变化不会显着影响我们的平均光学深度的单调再电离历史的结果，恢复$τ=0.0519_{-0.0008}^{+0.0010}$在68% CL，与我们以前的研究一致。使用一个不太保守的削减紫外光度函数，我们发现$τ=0.0541_{-0.0016}^{+0.0013}$在68% CL，由于我们使用的数据中的光度函数的暗端，这也更倾向于从较高的红移较大的贡献。
2022-01-12 astro-ph.CO
Impacts of Dark Stars on Reionization and Signatures in the Cosmic Microwave Background
我们对暗恒星对宇宙再电离历史的可能影响及其在宇宙微波背景（CMB）中的特征进行了详细而系统的研究。我们计算了包括暗星在内的一系列恒星星族的氢再电离历史、CMB光学厚度和各向异性功率谱。如果暗星通过核散射捕获大量的暗物质，再电离可以被大大延迟，导致综合光学深度下降，最后散射和大规模的EE偏振功率谱的功率。利用WMAP7观测到的积分光学深度，在我们的正则再电离模型中，我们排除了具有高散射诱导捕获率的暗恒星占据了所有第一批恒星形成重子的90%以上，并且寿命超过2.5亿年的参数空间部分。当核散射只提供了适量的暗物质时，再电离可以稍微加速，适度增加CMB的光学深度。如果暗星没有通过核散射获得任何暗物质，那么对再电离和宇宙微波背景辐射的影响可以忽略不计。暗星对再电离及其CMB标记的影响可以通过改变再电离模型的现有参数来很大程度上模拟或补偿，这使得暗星难以从天体物理学的不确定性中解脱出来，但也拓宽了再电离模型中标准参数的范围，这些参数可以与观测结果保持一致。
2011-09-01 astro-ph.CO astro-ph.SR hep-ph
Quasars as probes of cosmological reionization
类星体是宇宙再电离时代最明亮的非瞬态源（即，它在大爆炸后十亿年结束，对应于z ~ 5的红移），是当时星系间介质的强大探测器。这篇评论涵盖了目前识别高红移类星体的努力，以及它们如何被用来限制再电离历史。这包括中性氢原子吸收/散射紫外光子的各种过程的完整描述，并导致Gunn-Peterson效应，暗隙和暗像素分析，类星体近区和阻尼翼吸收。最后展望了类星体作为再电离探测器的前景。
2015-11-03 astro-ph.CO
Dark energy imprints on the kinematic Sunyaev-Zel'dovich signal
我们研究了暗能量对动力学Sunyaev-Zel'dovich（kSZ）角功率谱的影响，发现kSZ信号对暗能量参数敏感.例如，在$w=-1$附近将常数$w$改变20%，会导致kSZ光谱上的$\gtrsim10\%$变化;将由$w_a$参数化的暗能量动力学改变$\pm0.5$，预计kSZ光谱上会有30%的变化。我们讨论了观测方面，并开发了一个拟合公式的kSZ功率谱。最后，我们讨论了如何精确建模的后再电离信号将有助于约束斑片状再电离信号，这是至关重要的测量再电离的持续时间。
2014-07-08 astro-ph.CO
Kickstarting Reionization with the First Black Holes: the effects of second-order perturbation theory in pre-reionization volumes
我们使用两种众所周知的初始化宇宙学$N$ -体模拟的方法来探索黑暗时代（$z\sim 30-6$）的结构形成。总的来说，泽尔多维奇近似（\za）和二阶拉格朗日微扰理论（\lpt）都被认为能产生精确的现今暗物质晕质量函数。然而，由于\lpt方法驱动了致密区域的更快演化，它增加了稀有大质量天体的出现--这种效应在高红移时最为明显。我们发现，\lpt产生更多的晕，可以窝藏人口III恒星和他们的黑洞残余物，他们产生他们更早。虽然\lpt和\za质量函数之间的差异几乎被$z=6$消除，但这对黑洞数量和质量的微小推动使早期宇宙的再电离体积增加了一倍多。我们讨论了再电离和大质量黑洞增长的影响。
2012-11-06 astro-ph.CO
Reionization effect enhancement due to primordial black holes
原始黑洞（PBH）可以解释暗物质、宇宙再电离、早期类星体、最近通过引力波记录的黑洞合并等现象。每种现象都与特定质量范围的PBH有关。PBH质谱在很宽的范围内变化，取决于特定的模型。早些时候，我们已经表明，在$5\times 10^{16}$ g值附近具有单色质量分布的PBH允许宇宙适度地再膨胀。在这里，我们表明，再电离效应和贡献的暗物质，可以同时增强与更自然的扩展质量分布的范围内相同的质量值。
2017-02-21 astro-ph.CO
On dark matter - dark radiation interaction and cosmic reionization
对于我们宇宙的暗区，一个有趣的可能性是暗物质粒子可能与暗辐射成分相互作用。如果暗物质和暗辐射物质与标准模型粒子之间的非引力相互作用被高度抑制，那么天体物理学和宇宙学可能是我们探索这种暗区动力学的唯一窗口。众所周知，这样的暗扇区将导致小尺度结构的抑制，这将受到莱曼- $α$森林的测量的限制。在这项工作中，我们认为这样的黑暗部门对我们的宇宙再电离历史的宇宙学签名。在“ETHOS”（有效结构形成理论）框架下，我们证明了如果我们的宇宙中存在这样一个暗区，低质量暗物质晕的抑制也会减少电离光子的总数，从而影响我们宇宙的再电离历史。我们放置在这样的黑暗部门的相互作用强度的限制，通过使用普朗克卫星的光学深度的测量值，以及从要求一个成功的再电离的历史。我们比较和对比这种情况下，温暖的暗物质的情况下，也抑制小尺度上的结构形成。在一个暗物质与无菌中微子相互作用的模型中，我们发现ETHOS参数$a_4\lesssim 1.2\times10^6\textrm{ Mpc}^{-1}$有一个界限。对于温暖的暗物质模型，我们约束的质量$m_{\textrm{WDM}}\gtrsim 0.7\textrm{ keV}$，这是从莱曼- $α$测量得到的界限。未来的21厘米实验将测量再电离和中性氢功率谱的全球历史，这可能导致更强的约束或发现秘密的暗区相互作用。
2018-08-22 astro-ph.CO hep-ph
Astroparticle Constraints from Cosmic Reionization and Primordial Galaxy Formation
我们推导出不同的暗物质替代冷暗物质（CDM）的方案中的天体粒子约束：热遗迹暖暗物质，WDM;模糊暗物质，$ψ$ DM;自相互作用暗物质，SIDM;无菌中微子暗物质，$ν$ DM。我们的框架是基于更新的确定的高红移紫外光光度函数的原始星系的红移$z\sim 10$，在上述DM方案的数值模拟红移依赖的晕质量函数，和强大的约束宇宙的再电离历史，从最近的天体物理和宇宙学数据集。首先，我们建立了一个宇宙再电离的经验模型，其特征在于由两个参数，即逃逸分数$f_{\rm esc}$的电离光子从原始星系，和极限UV幅度$M_{\rm UV}^{\rm lim}$下，外推的UV光度函数急剧增加。其次，我们执行UV光度函数和晕质量函数的标准丰度匹配，获得UV光度和晕质量之间的关系，其形状取决于每个DM场景特定的天体粒子数量$X$（例如，WDM粒子质量）;我们利用这样的关系，在分析中引入了一个限制，从原始星系形成，在阈值晕质量方面，超过原始星系可以有效地形成恒星。第三，我们实现了顺序更新的Bayesian MCMC技术，对三个参数$f_{\rm esc}$、$M_{\rm UV}^{\rm lim}$、$X$进行联合推断，并比较不同DM场景对再电离历史的结果。最后，我们强调了我们的天体粒子估计的相关性，在预测的行为的高红移紫外光度函数在微弱的，但未探索的幅度，可能会测试的詹姆斯韦伯太空望远镜的出现。
2022-09-12 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
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
Cosmic Reionization On Computers: Baryonic Effects on Halo Concentrations During the Epoch of Reionization
重子既通过绝热收缩增加晕的浓度，又通过反馈过程排出质量。然而，在再电离时期普遍存在的辐射场如何影响暗物质晕中浓度的演化还不是很清楚。我们研究重子物理在再电离时代如何修改计算机宇宙再电离（CROC）模拟中的暗物质晕结构。我们使用两种不同的措施晕浓度量化的影响。我们比较浓度的晕之间匹配的全物理模拟和暗物质只有模拟$5 \leq z \leq 9$之间具有相同的初始条件。全物理模拟中的重子确实会将物质拉向中心，与仅暗物质模拟相比，增加了最大圆周速度。然而，它们的总体影响要比所有重子简单地集中在中心的情况小得多，这表明加热过程有效地抵消了冷却效应。最后，我们表明，在$z\approx5$晕浓度的重子效应是相对不敏感的再电离历史的环境变化。这些结果是有关模型的星系晕连接在再电离的时代。
2022-09-29 astro-ph.CO astro-ph.GA
Neural network emulation of reionization to constrain new physics with early- and late-time probes
本文提出 NNERO 神经网络模拟器，用于快速准确模拟自由电子比例演化与再电离光深，支持结合 CMB 和 21 cm 等探针约束冷/非冷暗物质模型参数。
2025-03-14 astro-ph.CO
Dark-ages Reionization & Galaxy Formation Simulation II: Spin and concentration parameters for dark matter haloes during the Epoch of Reionization
我们使用高分辨率的N体模拟研究的浓度和自旋参数的暗物质晕的质量范围$10^8\, {\rm M}_{\odot}\, h^{-1} < {\rm M} < 10^{11}\, {\rm M}_{\odot}\, h^{-1}$和红移$5{<}z{<}10$，对应的星系晕被认为是负责再电离。我们建立了一个子样本的平衡晕和对比他们的属性，也包括非放松系统的完整人口。通过将NFW和Einasto剖面拟合到单个晕的球平均密度剖面来计算浓度。在去除平衡外的晕后，我们发现一个$z{>}5$浓度$-$质量（$c(M)$）的关系，几乎是平坦的，以及描述了一个简单的幂律NFW和Einasto拟合。在$z=5$中，平均值关系周围的固有离散度为$Δc_{\rm{vir}}{\sim1}$（或20%）。我们还发现，由Ludlow等人提出的分析模型。再现晕浓度的质量和红移依赖。我们的最佳拟合Einasto形状参数$α$以$α{=}0.0070ν^2{+}0.1839$准确描述的方式取决于峰高$ν$。自旋参数$λ$的分布对平衡态的依赖性很弱;对于我们的弛豫样品，$λ$的峰值大约在${\sim}0.033$，对于全布居，峰值在${\sim}0.04$。自旋-维里质量关系在高红移处有轻微的负相关。
2015-12-02 astro-ph.CO astro-ph.GA
Dark-ages reionization & galaxy formation simulation V: morphology and statistical signatures of reionization
本文利用数值模拟中的暗期、再电离和星系形成观测量（DRAGONS）框架，研究了星系形成物理对再电离期（EoR）电离氢（HII）区形态和统计的影响。DRAGONS自洽耦合半解析的星系形成模型与非均匀电离紫外背景，因此可以用来研究的电离源星系人口的反馈现象的形态和统计的依赖性的再电离。星系形成物理学的变化改变了HII区域的大小以及21厘米功率谱的振幅和形状。在星系物理学的研究中，我们发现超新星反馈在再电离中起着最重要的作用，在没有这种反馈的情况下，HII区域高达$\approx 20$ %的较小和功率谱振幅的分数差异高达$\approx 17$ %。我们比较我们的星系形成为基础的再电离模型与过去的计算，假设恒定的恒星晕质量比，并发现，正确选择的最小晕质量，这样的模型可以模仿预测的再电离形态。因此，在固定的中性分数的再电离形态是唯一的决定由星系形成的细节，但对托管的电离源的大部分晕的质量是敏感的。因此，简单的EoR参数化是再电离统计的准确预测。然而，使用未来的21厘米观测来完全理解再电离将需要结合其他观测，用现实的星系形成模型来解释。
2016-08-15 astro-ph.CO astro-ph.GA
Influence of ~7 keV sterile neutrino dark matter on the process of reionization
最近的报道在几个以物质为主的天体的光谱中发现了一条~3.5 keV的微弱的未识别发射线，这可能为解决长期存在的暗物质问题提供了线索。能够产生这种额外谱线的最佳物理激发粒子候选者之一是质量约为7 keV的无菌中微子。以前的工作表明，与传统的冷暗物质方案相比，参数与新谱线测量一致的无菌中微子暗物质对结构形成的影响较小。在这项工作中，我们第一次集中在贡献的无菌中微子暗物质能够产生所观察到的线在~3.5 keV，再电离的过程。通过将~7 keV无菌中微子的暗物质功率谱纳入扩展的再电离半解析“气泡”模型，我们得到这样的无菌中微子暗物质将产生比广泛使用的冷暗物质模型明显更尖锐的再电离，在任何合理选择的模型参数下，在冷暗物质情景中都不可能“模仿”，并且将具有降低再电离的红移和电子散射光学深度的明显趋势（尽管差异仍然低于现有模型的不确定性）。因此，进一步专门研究再电离（如21厘米测量或动力学Sunyaev-Zeldovich效应的研究）将是必不可少的粒子候选人负责~3.5 keV线重建。
2016-06-04 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
From Origins to Observables: Distinguishing Dark Compact Objects with Population-Level Microlensing Signatures
Institute for Gravitation and the Cosmos, The Pennsylvania State University（宇宙与引力研究所，宾夕法尼亚州立大学）；Department of Physics, The Pennsylvania State University（物理系，宾夕法尼亚州立大学）
研究通过群体级微透镜效应区分暗物质致密天体，探讨不同形成通道对微透镜观测特征的影响，提出微透镜信号与其它引力探测的互补性。
2026-03-25 astro-ph.CO
The Epoch of Reionization in Warm Dark Matter Scenarios
本文研究了在不同的宇宙学背景下，早期星系形成对再电离过程的影响。本文利用半解析模型和抑制的初始功率谱，得到了热暖暗物质和无菌中微子宇宙学中的紫外光度函数。利用固定和可变的光子逃逸分数模型（$f_{esc}$），我们追溯了仅含热恒星辐射的星系际介质的电离历史。对于每个宇宙学，我们找到一个固定的上限$f_{esc}$，这保证了在$z<6.7$完成的过程。分析测试与高Z电离氢体积分数的两个极限假设，比较我们的预测与观测结果。
2021-10-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
Updated dark pixel fraction constraints on reionization's end from the Lyman-series forests of XQR-30
本研究利用扩充XQR-30样本的类星体光谱，更新测量莱曼系森林暗像素比例，给出再电离结束期中性氢分数的模型无关与相关上限，证实再电离主体在z>6完成，同时支持延伸至z~5.4的软着陆图景。
2025-10-29 astro-ph.CO
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
Effects of the sources of reionization on 21-cm redshift-space distortions
观测到的再电离时期的21厘米信号将被物质粒子的特殊速度沿着视线扭曲。这些红移空间失真将影响信号的对比度，也将使其各向异性。这种各向异性包含有关物质密度场和中性氢场之间的互相关性的信息，因此可以潜在地用于提取有关再电离源的信息。在本文中，我们研究了一个集合的模拟再电离的情况下，假设不同的模型的再电离源。我们发现，21厘米的各向异性是最好的测量功率谱的四极矩。我们发现，除非再电离源的属性在某种程度上是极端的，四极矩演变非常可预测的全球中性分数的函数。这种可预测性意味着红移空间畸变不是区分再电离源的一个非常敏感的工具。然而，四极矩可以作为一个模型无关的探针约束的再电离历史。我们表明，这样的测量可以在一定程度上通过第一代仪器，如LOFAR，而SKA应该能够测量再电离的历史，使用功率谱的四极矩，以极大的精度。
2015-12-02 astro-ph.CO
Does the Reionization Model Influence the Constraints on Dark Matter Decay or Annihilation?
如果暗物质衰变或湮灭，大量的能量和粒子将被释放到宇宙等离子体中。因此，它们可以改变我们宇宙的热和电离历史，然后在宇宙微波背景功率谱上留下足迹。本文以暗物质湮灭为例，研究了不同的再电离模型对暗物质湮灭约束的影响。我们考虑了包括暗物质湮灭和恒星形成的电离历史，并对暗物质湮灭进行了限制。结合最新的普朗克数据、BAO数据、SNIa测量、类星体观测的$Q_\text{HII}$约束以及紫外和红外数据的恒星形成率密度，我们得到该星系的光学厚度为$τ=0.0571^{+0.0005}_{-0.0006}$，位于68 $\%$ C. L. $ε_0 f_d$的上限读数为$2.7765\times 10^{-24}$，在95 $\%$ C. L.。通过比较，我们也约束暗物质湮灭的瞬时再电离模型从相同的数据组合，除了$Q_\text{HII}$约束和恒星形成率密度。我们在68 $\%$ C. L.得到了$τ=0.0559^{+0.0069}_{-0.0076}$。$ε_0 f_d$的上限为95 $\%$ CL的$2.8468\times 10^{-24}$。%，比之前模型的结果高出$2.5\%$。这表明各种再电离模型对暗物质衰变或湮灭的约束参数影响很小。
2021-12-08 astro-ph.CO hep-ph
A structural degeneracy explains reionization tensions and limits dark matter constraints
University of Oxford（牛津大学）；Shanghai Astronomical Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海天文台）
研究揭示再电离历史探测器对模型参数与观测的非可逆映射，限制暗物质约束，并提出仅空间拓扑敏感观测可打破退化。
2026-05-02 astro-ph.CO astro-ph.GA
Constraints On Dark Matter From Reionization
本会议论文集简要总结了Menci等人在2016年和2017年提出的对热WDM候选物质质量的限制，以及Romanello等人在2021年提出的关于再电离情景如何受到早期星系形成影响的结果。在WDM宇宙学中。在再电离时代（$z>$ 6）的星系丰度取决于基本的宇宙学参数，最重要的是对暗物质的属性，这样它可以被用作一个强大的宇宙学探测器。在这里，我们将展示如何原始星系的数量密度允许限制热WDM候选人的质量，我们讨论的约束，将有可能通过未来的JWST观测。然后，我们研究了在不同的宇宙学场景中，再电离过程是如何受到早期星系形成的影响。本文利用半解析模型和抑制的初始功率谱，得到了热暖暗物质和无菌中微子宇宙学中的紫外光度函数。对于每一种宇宙学，我们找到一个固定的$f_{esc}$的上限，这保证了过程在$z<6.7$完成。
2023-01-10 astro-ph.CO astro-ph.GA
Simulated differential observations of the Sunyaev-Zel'dovich Effect: Probing the Dark Ages and Epoch of Reionization
本工作提出了一种分析方法来研究宇宙学21厘米背景信号从黑暗时代（DA）和随后的时代的再电离（EoR）。我们模拟了一个星系团的差分观测，以演示如何用一种称为SZE-21 cm的特殊形式的Sunyaev-Zel'dovich效应来研究这些时代。这项工作产生了SZE-21 cm的模拟地图，并表明SZE-21 cm可以从未来的观测中提取，如氢时代再电离阵列（HERA）和平方公里阵列（SKA）。为了模拟接近现实的场景，我们研究宇宙方差噪声，纳入并考虑前景，热噪声和角分辨率的影响，为我们的模拟观测。我们进一步扩展这种探索平均超过一个样本的星系团，以减轻宇宙方差和仪器噪声的影响。点源污染的影响也进行了研究。最后，我们将这种技术应用于EDGES合作的结果，该合作在2018年报告了以78 MHz为中心的全球21 cm背景信号的吸收特征。为了实现这项工作的目标，需要解决的挑战包括由于宇宙变化、仪器噪声和点源污染而产生的误差。我们的方法证明了SZE-21 cm作为DA和EoR的间接探测器的潜力，并且我们得出结论，SZE-21 cm的光谱特征从我们的模拟观测中产生的结果接近先前的理论预测，并且SZE-21 cm可以用于测试EDGES探测的有效性。
2020-12-11 astro-ph.CO
Raising the Optical Depth to Reionization with Dark Matter Decay
Key Laboratory of Dark Matter and Space Astronomy, Purple Mountain Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院紫金山天文台暗物质与空间天文重点实验室）；School of Astronomy and Space Science, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学天文与空间科学学院）；Department of Strategic and Advanced Interdisciplinary Research, Peng Cheng Laboratory（鹏城实验室战略与先进交叉研究部）
本研究测试暗物质衰变能否提高再电离光学深度，以缓解CMB与BAO测量间的差异。采用Gompertzian模型自洽计算，发现衰变暗物质仅将光学深度从0.064提升至0.072，不足以显著缓解差异，但提供了互补的寿命约束。
2026-11-03 astro-ph.CO
Was reionization complete by z ~ 5-6?
通常认为再电离在z=6时完成，因为在红移z<6的莱曼α森林中检测到通量。然而，由于再电离预计是高度不均匀的，大部分的光谱通过电离的星系际介质（IGM）的组成部分，即使是不可忽略的值的体积加权平均中性氢分数，x_HI。我们研究了在z ~ 5- 6的不完全再电离的预期签名，使用非常大规模（2 Gpc）的数值模拟。我们发现，在这些红移下，排除不完全再电离是困难的，因为：（1）类星体位于电离场的偏置区域，周围的HI斑比全球平均值x_H所暗示的要少;（2）电离IGM内部剩余中性氢的吸收通常比剩余HI区的吸收占主导地位;（3）即使在电离的IGM中模拟Lyman α森林及其红移演化也是非常困难的，几乎不可能先验地做到。我们建议使用的像素是黑暗的一个简单的，几乎模型无关的上限x_HI的分数。或者，没有可检测通量的区域（暗间隙）的尺寸分布可以用于设置更多的模型相关约束。无论哪种方式，目前的类星体样本在统计上都不足以将z~6处的x_HI限制在10%的水平。在z~5处，其中存在更多可用视线并且森林不太暗，考虑到来自非常深的光谱和/或莱曼贝塔森林的大动态范围，约束x_HI < 0.1可能是可能的。最后，我们告诫不要过度解释观察结果。目前没有直接证据表明再电离在z ~ 5-6完成。
2009-10-22 astro-ph.CO
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
THESAN-HR: Galaxies in the Epoch of Reionization in warm dark matter, fuzzy dark matter and interacting dark matter
本文利用THESAN-HR模拟首次在辐射流体动力学框架下研究WDM、FDM和IDM等替代暗物质模型对再电离时期星系的影响，发现其虽抑制低质量端但通过非线性效应可追赶CDM，并指出星系性质变化和JWST观测可为区分暗物质模型提供约束。
2023-04-13 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
A Burst of Reionization in the Dark Ages
New York University（纽约大学）；Tufts University（塔夫茨大学）
该研究结合宇宙学数据，发现约2-2.5σ的证据支持黑暗时代（z~100附近）存在再电离爆发源Δτ_burst，其值约0.012，未来LiteBIRD与Simons Observatory可对其进一步探测与约束。
2026-10-12 astro-ph.CO
Constraining dark energy using the cross correlations of weak lensing with post-reionization probes of neutral hydrogen
我们研究了在再电离后时期探测CMBR弱透镜会聚场与下伏暗物质分布的大尺度示踪剂的互相关的前景。互相关，然后使用的暗能量状态方程（EoS）的模型与时间演变的暗能量的误差投影。利用Lyman- $α$森林和再电离后红移的HI 21 cm信号研究了弱透镜场的互相关角功率谱。角功率谱被表示为在断层扫描切片上的视线平均。我们发现，在类星体密度为$16 {\rm deg}^{-2}$的情况下，用扩展的uGMRT类仪器或BOSS类巡天观测多个$400$小时，可以在很高的信噪比（$>20$）下探测到覆盖半边天的弱透镜会聚场的互相关。弱透镜与莱曼- $α$森林的互相关允许不同参数化的暗能量EoS参数上的$1-σ$误差被约束在与组合的普朗克+SNIa+BAO+HST投影相当的精度水平。21厘米的弱透镜互相关被发现提供强约束的暗能量EoS参数的现值在$4\%$的7 CPL模型。对于除7 CPL型号外的其他型号，$w_a$的约束条件相当（$\sim 12\%$）。我们还发现，CPL参数化可能不是暗能量演化的最佳约束参数化。因此，CMBR弱透镜与中性氢再电离后探针的交叉相关性有可能使我们对演化的暗能量的性质有价值的理解。
2021-02-12 astro-ph.CO gr-qc
Constraining warm dark matter mass with cosmic reionization and gravitational wave
我们用宇宙再电离和CMB光学厚度的观测来约束暖暗物质（WDM）粒子的质量。我们认为，来自恒星质量黑洞（BH）的GW可以为未来的观测提供WDM粒子质量的进一步约束。还导出了星族I/II（PopI/II）和星族III（PopIII）星的恒星形成率（SFR）。如果宇宙的金属丰度超过了$Z_{\rm crit}=10^{-3.5}Z_{\odot}$的临界值，恒星的形成将从Pop III型转变为Pop I/II型。我们的结果表明，SFR是相当依赖于WDM粒子的质量，特别是在高红移。结合最近的\emph{Planck}任务的再电离历史和CMB光学厚度，我们发现，目前的数据需要WDM粒子质量在一个狭窄的范围内的$1 < m_x < 3$ keV。此外，我们认为恒星黑洞产生的随机引力波背景（SGWB）可能会对WDM粒子质量产生进一步的约束，以供未来的观测。对于具有Salpeter（Chabrier）初始质量函数（IMF）的$m_{x}=3$ keV，来自Pop I/II BH的SGWB在$f= 316 {\rm Hz}$处具有$Ω_{\rm GW}\approx2.8\times 10^{-9}~(5.0\times 10^{-9})$的峰值幅度，而在$f<10$ Hz处的GW辐射被严重抑制。对于$m_{\rm x}=1$ keV，SGWB峰值幅度与$m_{\rm x}=1$ keV相同，但在低…
2016-07-13 astro-ph.CO
First study of reionization in tilted flat and untilted non-flat dynamical dark energy inflation models
我们通过研究倾斜的空间平坦和非倾斜的非平坦XCDM和$ϕ$ CDM动力学暗能量暴胀模型中的再电离来研究暗能量动力学和空间曲率对宇宙再电离的影响，这些模型最适合普朗克2015年宇宙微波背景（CMB）各向异性和大量非CMB数据。我们进行了详细的统计研究，基于主成分分析和马尔可夫链蒙特卡罗分析的汇编较低的红移再电离数据，估计宇宙学模型再电离历史的不确定性。我们发现，无论暗能量的性质，有显着的差异之间的再电离历史的空间平坦和非平坦的模型。虽然平坦和非平坦模型都能准确地匹配低红移（$z\lesssim6$）再电离观测，但高红移（$z>7$）Lyman- $α$发射体数据与非平坦模型的预测之间存在明显的差异。这完全是由于这样一个事实，即非平坦模型有一个显着更大的电子散射光学深度，$τ_{\rm el}$，与平坦模型相比，这需要一个扩展的和更早的再电离方案支持更多的高红移电离源在非平坦模型。非平坦模型还需要光子逃逸分数的强红移演化，在某些红移处可能变得不切实际的高（$\gtrsim1$）。然而，当使用新的普朗克2018年数据时，倾斜平坦$Λ$ CDM模型中的$τ_{\rm el}$约低0.9- $σ$，这种降低将部分缓解非平坦模型预测与数据之间的紧张关系。
2019-06-06 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Distinguishing Between Void Models and Dark Energy with Cosmic Parallax and Redshift Drift
最近提出的两种技术，涉及测量宇宙视差和红移漂移，提供了新的方法来指导探测（在几年的时间跨度）宇宙的背景度量，因此揭示了暗能量难题。前者利用即将到来的高精度天体测量来观察或严格限制偏离中心的观测者的宇宙学各向异性，而后者采用高精度光谱学来独立测试宇宙的当前加速度。在本文中，我们表明，这两种方法可以打破LTB空洞模型和更传统的暗能量理论之间的简并性。使用不久的将来的观测任务盖亚和CODEX，我们表明，这种区别可能是在十年的过程中具有高置信度。
2009-12-23 astro-ph.CO
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
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
Reionization and Galaxy Formation in Warm Dark Matter Cosmologies
我们比较模型的结果从一个半解析（合并树为基础）框架的高红移（z ~ 5-20）星系形成对再电离指标，包括普朗克电子散射光学厚度和电离光子发射率，揭示了再电离的历史和来源冷（CDM）和暖暗物质（WDM;粒子质量的$m_x = 1.5,3$和5 keV）宇宙学。该模型包含了恒星形成、超新星反馈、气体和恒星质量的合并/吸积/喷射驱动演化以及紫外背景（UVB）对低质量星系气体成分光蒸发的影响等关键过程。我们发现，在光（1.5 keV）WDM模型中的再电离开始的延迟可以通过电离光子逃逸分数的更陡的红移演化和更快的质量组装来补偿，导致在所有考虑的DM模型中，再电离结束在可比的红移（z~5.5）。我们发现大部分的再电离光子来自星系的晕质量$M_h < 10^9 M_\odot$和紫外的大小$ -15 < M_{UV} < -10$在CDM。随着$m_x$的降低，低质量晕的逐步抑制导致再电离人口向$M_h > 10^9 M_\odot$和$ -17 < M_{UV} < -13$的较大晕质量的转移，对于1.5 keV WDM。我们发现，目前的电子散射光学深度和紫外线光度函数的观察是同样兼容的所有（冷和暖）DM模型在这项工作中考虑。我们建议，全球指标，包括红移演化的恒星质量密度和恒星质量晕质量的关系，观察与詹姆斯韦伯太空望远镜，可以用来区分CDM和WDM（1.5千电子伏）宇宙学。
2017-02-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
