The Enrichment of the Intergalactic Medium with Adiabatic Feedback I: Metal Cooling and Metal Diffusion
采用金属冷却、金属湍流扩散和热能，利用一系列SPH模拟研究IGM金属富集。采用绝热反馈机制，防止气体冷却，产生没有明确的风粒子的星系风。模拟产生的宇宙恒星形成历史（SFH）与观测结果大致一致，直到z $\sim$ 0.5，以及通用中性氢分数（$Ω_{\rm H I}$）的稳定演变。在z=0时，大约40%的重子在温暖的星系际介质（WHIM）中，但大多数金属（80%-90%）被锁定在恒星中。在较高的z，IGM中的金属比例较高，这是由于星系更有效的损失。在整个宇宙历史中，IGM金属主要存在于WHIM。星系内部气体的金属丰度演化与观测结果基本一致，但弥散IGM在z $\sim$ 2.5处富集。银河风最有效地富集了中等质量范围$10^{10}$ M $_{\sun}$ - $10^{11}$ M $_{\sun}$的晕的IGM。在低质量端气体被阻止吸积到晕上，并且具有非常低的金属丰度。在高质量端，随着星系中恒星质量分数的降低，晕重子逃逸率也随之降低。这可能是因为恒星形成活动和逃逸效率的降低。金属增强冷却，使WHIM气体冷却到星系上，并增加恒星的形成。金属的扩散使得风在逃逸之前混合，减少了IGM的金属含量，有利于星系晕内的气体和恒星形成气体。扩散显著增加了低金属丰度气体的量，并改变了密度-金属丰度关系。
2010-06-01 astro-ph.CO astro-ph.GA
Constraint on magnetized galactic outflows from LOFAR rotation measure data
本研究利用LOFAR两米巡天的法拉第旋转量数据检验Illustris-TNG重子反馈模型，发现其高估了残余旋转量均方根，表明星系磁化外流对星系际介质的影响弱于模拟估算，支持大尺度结构空洞的大尺度磁场可能源于宇宙学过程的假说。
2024-03-20 astro-ph.CO
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
Simulating cosmic metal enrichment by the first galaxies
我们研究宇宙金属富集AMR流体动力学模拟（10兆秒差距/小时）$^3$体积后，流行III流行II过渡和不同的流行III IMF。我们分析了z=6和z=4时星系和星系际尺度上金属富集的联合演化。星系际介质（IGM，1< $Δ$ <10）和环星系介质（CGM，10<$Δ<10^{2.5}$），IGM和星系之间的界面。当z=6时，建立了星系质量-金属丰度关系。在z=4时，恒星质量为$M_*=10^{8.5}M_\odot$的星系显示log（O/H）+12 = 8.19，与观测结果一致。重元素的总量从z=6时的$Ω^{SFH}_Z=1.52\, 10^{-6}$增加到z=4时的8.05 $10^{-6}$。在z=6时，星系中的金属占到了这个预算的0.89;在z=4时，这个比例增加到了0.95。在z=6（z=4）时，剩余金属以以下质量分数分布在CGM/IGM/空隙中：0.06/0.04/0.01（0.03/0.02/0.01）。类似于星系，在z=4时，扩散相的密度-金属丰度（$Δ$ -Z）关系是适当的：IGM/空洞具有空间均匀的金属丰度，Z~ $10^{-3.5}$ Zsun;在CGM中，Z随着密度的增加而急剧上升，达到~ $10^{-2}$ Zsun。在所有扩散相中，相当大一部分金属处于温/热（T> $10^{4.5}$ K）状态。由于这些物理条件，CIV吸收线实验只能探测IGM/CGM中…
2014-03-05 astro-ph.CO
A Uniform Contribution of Core-Collapse and Type Ia Supernovae to the Chemical Enrichment Pattern in the Outskirts of the Virgo Cluster
我们提出的第一个测量的丰度的$α$ -元素（镁，硅，和S）延伸到超出星系团的维里半径。我们的研究结果，基于朱雀重点项目观测的室女星系团，表明该集群内的介质的化学成分是一致的，在大尺度上是恒定的，与平坦的分布的Si/Fe，S/Fe和Mg/Fe的比率作为半径和方位角的函数到1.4 Mpc（1.3 $r_{200}$）。由于核心坍缩超新星（SNcc）导致的星系际介质的化学富集被排除在外，具有非常高的意义;相反，测量的金属丰度比通常与太阳值一致。今天观测到的均匀的金属丰度比可能是早期富集和混合的结果，SNcc和Ia型超新星（SNIa）在红移为2-3的恒星形成活动高峰期间对金属预算做出了贡献。我们估计SNIa的数量和超新星总数之间的比率丰富的星系际介质之间的12- 37%，大致符合我们自己的银河系中的金属丰度模式或SNIa的贡献估计的集群核心。
2015-09-07 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
The intergalactic medium over the last 10 billion years I: Lyman alpha absorption and physical conditions
星系际介质（IGM）是所有宇宙时期重子的主要储存库。我们调查的IGM从z=2-0在48 Mpc/h，1.1亿粒子宇宙流体动力学模拟银河系外流使用三个处方的演变。我们专注于IGM的物理性质的演变，以及如何跟踪这些属性的Ly-alpha吸收使用HST/COS检测。我们的研究结果广泛地证实了经典的图片，大多数Ly-alpha吸收剂产生于高度电离的气体示踪的非线性大尺度结构。结构的增长导致气体从弥漫的光电离IGM进入其他宇宙阶段，即恒星，星系晕内的冷和热气体，以及未结合和冲击加热的温热星系际介质（WHIM）。到目前为止，重子在束缚相（35%）、扩散IGM（41%）和WHIM（24%）之间大致相等。在这里，我们（重新）定义WHIM为超密度低于晕且温度>10^5 K的气体，以便更紧密地将其与“缺失重子”对齐。当我们调整我们的光致电离背景，以配合所观察到的演变的Ly-alpha平均通量递减，我们得到的线数的演变，广泛同意与现有的数据。我们预测我们所青睐的动量驱动风模型的柱密度分布斜率为-1.70，与最近的观测结果一致，并且随着红移而变浅。通过改进统计数据，强线的频率可以成为流出的有价值的诊断，我们青睐的风模型与现有数据最匹配。在z=2-0范围内，柱密度和物理密度之间的关系相当紧密，对于扩散吸收体，其关系为ρ N_HI ^0.74 10^（-0.37z）。线宽仅粗略地反映吸收气体的温度，这将妨碍使…
2010-07-01 astro-ph.CO
Numerical Simulations of Galactic Outflows and Evolution of the IGM
星系外流在星系和星系际介质的演化中起着重要的作用。超新星和活动星系核在星际介质中沉积的能量可以使气体加速超过逃逸速度，并将其喷射到IGM中。这将通过减少或消除恒星的形成，并抑制物质在活动星系核中央的吸积，影响星系的后续演化。银河系外流是能量和经过处理的星际物质被输送到IGM的主要过程。这会影响其他星系的形成。外流携带的能量可以剥离原星系晕中的气体，阻止星系的形成。相反，流出物携带的金属可以改变原星系晕中气体的成分和冷却速率，有利于星系的形成。在本文中，我回顾了用于模拟星系外流的各种技术及其对星系和IGM演化的影响。
2011-10-05 astro-ph.CO
Tracing the Reionization-Epoch Intergalactic Medium with Metal Absorption Lines
在z>6光谱中观察到的IGM金属吸收线提供了探测早期反馈过程、富集源的性质和再电离拓扑结构的机会。我们进行了包括星系外流在内的高分辨率宇宙学模拟，研究了5种离子（C II，C IV，O I，Si II，Si IV）在z=8->5之间吸收的可观测性和物理性质。我们应用三种情况下的电离条件：完全中性，完全再电离，和一个补丁模型的基础上从最近的星系的流量。我们发现，我们的模拟广泛适用于现有的z~5-6 IGM金属线数据，虽然所有的观察不能容纳一个单一的电离条件。Becker等人（2006年）观察到的视线中的O 1吸收剂的变化表明，低至z~6的中性IGM斑块显著。z~6处的强C IV吸收体可能是其母星系电离的结果。我们的外流有典型的速度~200公里/秒和质量加载因子~6。如此高的质量负载对于将IGM富集到观测水平，同时减少恒星形成以匹配观测到的z~6静止框架UV光度函数是至关重要的。金属的体积填充因子在这一时期增加，但当Z>10^（-3）Zsolar时，到z=5时仅达到~1%。CIV是IGM金属在z~5-6的理想示踪剂，其整体电离分数下降到更高或更低的红移。这导致从z=8->5强烈增加的全局Ω（C IV），与其从z=5->2的相对恒定性相反。我们的模拟不支持广泛的早期IGM富集，例如Pop III星。高z吸收体产生于金属第一次从星系向外的旅程，距离小于50 kpc。负责早期IGM富集的星系…
2009-03-12 astro-ph.CO
Cosmic metal invaders: Intergalactic OVII as a tracer of the warm-hot intergalactic medium within cosmic filaments in the EAGLE simulation
目前对热（log T（K）> 5.5）的温热星系际介质（WHIM）的观测状况还不完全。虽然最近通过堆叠大量宇宙网细丝进行的观测已经产生了统计学意义上的探测结果，但对单个物体的直接测量仍然很少。由于缺乏这样的样本，目前无法对由热WHIM组成的宇宙重子内容进行强有力的分析，这可能有助于解决宇宙学上的重子缺失问题。为了改进对失踪重子的搜索，我们使用了EAGLE模拟。我们的目标是了解宇宙网络中高度电离金属的富集和分布。我们检测到的细丝，通过应用Bisous形式主义的模拟星系，其特征在于空间分布以及质量和体积分数的辅助氧和OVII。然后，我们构建了OVII柱密度图，并用Athena X-IFU确定其可检测性。然而，氧气和OVII数密度下降迅速超过维里半径的晕，低于可检测的水平在700千秒差距。因此，只有约1%的长丝体积以可检测的密度填充有OVII。OVII的这种非均匀分布使其用于追踪丢失的重子变得复杂。相反，OVII在光环周围形成狭窄的信封。这种局部性质导致在SDSS灯丝目录中使用Athena X-IFU检测星系际OVII的机会很低（每视线10-20%）。对于来自4 MOST调查的未来长丝样品，机会增加到约50%的水平。尽管如此，根据EAGLE的结果，这不足以最终解决重子缺失的问题，因为它将被限制在晕维里半径的几倍。幸运的是，在热WHIM中，晕周围的体积是密集的，追踪它可以将仍然缺失的重子的…
2023-01-18 astro-ph.CO
ISM enrichment and local pollution in dwarf galaxies
金属在星爆中释放后的命运仍然不清楚。涉及到星际介质的哪些阶段，在哪个时间尺度上？在过去的几年里，越来越多的证据表明，与HII区域的电离气体相比，蓝致密矮（BCD）星系的中性相可能缺乏金属。这些结果对我们理解星系的化学演化具有重要意义。我们在这里审查的主要结果和主要警告的丰度测定从远紫外吸收线。我们还讨论了可能的情况下，关于旅程的金属进入星际介质，甚至他们的喷射从星系到星系际介质。
2010-10-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
Delayed Enrichment by Unseen Galaxies: Explaining the Rapid Rise in IGM CIV Absorption from z = 6-5
在不久的将来，星系际介质（IGM）中金属吸收特征的测量将成为最早星系形成和演化、第一批恒星的性质以及IGM再电离和富集模型的重要约束。第一次测量IGM中金属丰度的红移接近再电离的时代已经提供了有趣的线索。在z=5.8和4.7之间（大爆炸后仅1 Gyr的0.3 Gyr间隔），IGM中CIV吸收体的测量密度增加了约3.5倍（Ryan-Weber等人，2009; Becker，Rauch & Sargent 2009）。如果这些值被证明是准确的，那么它们会带来两个难题：（1）在z=5.8处的CIV总量意味着恒星形成太少，以至于无法将IGM换算为z=6或匹配WMAP电子散射光学深度（tau）。(2)从z = 6-5的快速增长比恒星质量的积累或恒星形成率密度在同一时间段内的增加更快。我们发现，电离光子的瞬时生产和后来生产的金属吸收功能之间的延迟~ 0.4-0.7 Gyr（加上由于恒星寿命的延迟）可以为这两个难题提供充分的解释。我们计算的延迟金属生产由于有限的恒星寿命单独和发现，它是太短，以解释快速CIV密度增加。额外的延迟可以自然地解释为~ 200 km/s的流出将碳携带到~ 100 kpc的距离的结果，这是富集模拟中星系和CIV吸收体之间的典型距离，以及在z ~ 2-3处观察到的典型流出或吸收区域尺度。
2011-03-10 astro-ph.CO
Intergalactic Transmission and its Impact on the Lyα Line
我们研究了Lyα波长附近的辐射的星系际传输。在详细的宇宙学水动力模拟中，通过模拟星系际介质（IGM）中的视线，研究了IGM对红移2.5 ~ 6.5的Lyα发射星系的线轮廓形状的影响。特别是，我们表明，考虑到IGM的密度和速度场与星系的相关性，光谱的蓝色部分可能会明显减少，即使在相对较低的红移。在某些情况下，这可能为经常引用的外流情景提供了一种替代方案，尽管可以得出结论，该模型仍然是观察到的许多不对称Lyα分布的合理解释。应用计算的波长依赖的传输到模拟光谱从Lyα发射星系，我们得到的分数的光子损失的IGM，除了什么是内部吸收的星系由于尘埃。此外，通过计算Lyα线向蓝方向的辐射透射率和宇宙微波背景汤姆逊散射的总光学厚度，并与相应的观测值进行比较，我们能够将宇宙再电离的时间限定在z <~ 8.5。
2010-12-06 astro-ph.CO
Ionized gas outflow in the isolated S0 galaxy NGC 4460
我们使用积分场和长缝光谱学研究在最近的H-阿尔法附近星系调查中发现的孤立的透镜状星系NGC 4460明亮的扩展星云。对SDSS、GALEX和HST存档图像的分析表明，目前的恒星形成完全集中在星系盘的中央千秒差距内。所观察到的电离气体参数（形态，运动学和电离状态）可以解释由恒星形成在环核区域所造成的星系平面以上的气体流出。NGC 4460中的星系风参数：外流速度，总动能-与NGC 253中已知的星系风相比小了好几倍，这可以解释为总恒星形成率大大降低。本文讨论了NGC 4460和另外两个已知的孤立的S 0和E星系：NGC 404和NGC 855的恒星形成过程的原因。我们提供的证据表明，星系际气体在宇宙学时间尺度上喂养孤立星系是一个稳定的过程，没有显着的变化。
2010-01-04 astro-ph.CO
The effect of feedback on the emission properties of the Warm-Hot Intergalactic Medium
目前，本机宇宙中30%-40%的重子仍未被发现。根据理论预测，这种气体应该存在于填充大尺度结构（LSS）的细丝中，以温热星系际介质（WHIM）的形式存在，温度为10^5 - 10^7 K，从而通过自由-自由相互作用和重元素的线发射软X射线能量。在这项工作中，我们的WHIM的X射线发射的特性，和LSS一般，侧重于不同的物理机制，即银河风（GWs），黑洞反馈和恒星形成的影响，并提供可能的观测约束的估计。为此，我们使用一组宇宙流体动力学模拟，其中包括恒星形成和化学富集的星系际介质的自洽处理，使我们能够遵循不同的金属物种的演变。我们构建了一组模拟光锥，使在0.3-10 keV的能量范围内的发射预测。我们得到，GWs增加了2倍的星系团和WHIM的发射。在平均温度下的氧气量，因此，预期的明亮Ovii和Oviii线的数量增加了3倍，由于GW和20%，当假设一个头重脚轻的IMF。我们比较我们的结果与目前的观测限制，发现从微弱的集团和WHIM的排放应占一半到所有的未解决的X射线背景在1-2 keV带。
2012-06-01 astro-ph.CO
Discovery of a large-scale galaxy filament near a candidate intergalactic X-ray absorption system
我们提出了一个分析的大尺度星系分布在两个可能的温暖，热星系际介质（WHIM）吸收系统沿Markarian 421视线报告。利用斯隆数字巡天，我们发现了一个突出的星系细丝的红移z=0.027的X射线吸收线系统。细丝的宽度为3.2 Mpc，长度至少为20 Mpc，与宇宙学模拟中看到的WHIM细丝的尺寸相当。没有个别星系落在投影的350千秒差距之内，因此这种吸收不太可能与星系晕或外流中的气体有关。在z=0.011的相同钱德拉光谱中报道了另一个较低显著性的X射线吸收系统，但其附近的大尺度结构要弱得多，可能是虚假的排列。通过在140个随机平滑的SDSS场中寻找类似的星系结构，我们估计z=0.027的双星系-暗条排列偶然发生的概率为5-10%。如果这两个系统确实在物理上有联系，这将是已知的第一个大规模星系结构和X射线WHIM探测之间的巧合。
2010-10-15 astro-ph.CO
Efficient cold outflows driven by cosmic rays in high redshift galaxies and their global effects on the IGM
我们提出了半解析模型的星系外流在高红移星系驱动的热气体和非热宇宙射线。在低质量星系（即$M\sim 10^8$ ~M $_\odot$）中，当超新星（SNe）反馈具有大质量负载时，单独的热压力可能无法维持大规模的外流。我们表明，包括宇宙射线压力允许流出的解决方案，即使在这些星系。在大质量星系中，对于相同的能量效率，与纯热驱动风相比，宇宙射线驱动风可以传播到更远的距离。平均而言，宇宙射线驱动的风中的气体温度较低，这有助于通过背景源光谱中的吸收线进行检测。利用我们的星系形成的约束半解析模型（解释了观测到的星系紫外光度函数），我们研究了宇宙线驱动风对不同红移星系际介质（IGM）性质的影响。特别是，我们研究的体积填充因子，平均金属丰度，宇宙射线和磁场能量密度的模型调用原子冷却和分子冷却晕。我们发现，在IGM的宇宙射线可以有足够的能量，可以转移到热气体存在的磁场，影响星系际介质的热历史。IGM磁场的显著体积填充和由此产生的强度也可以解释最近对耀变体的$γ$射线观测。
2018-01-31 astro-ph.CO astro-ph.GA
An Improved Treatment of Cosmological Intergalactic Medium Evolution
星系形成和再电离是现代宇宙学的两个核心问题，其建模依赖于对星系际介质（IGM）的精确跟踪。不幸的是，由于这种介质的复杂性质，控制其电离状态和温度的微分方程只是近似的。在本文中，我们改进了这些主方程。我们推导出新的表达不同的复合非均匀IGM阶段，包括所有相关的电离/重组和冷却/加热机制，考虑到流入/流出/从晕，并使用更准确的重组系数。此外，为了更好地计算方程中的源函数，我们提供了一个分析程序，用于计算电离环境中的晕质量函数，占由于其环境的电离状态的偏差。这样一个改进的处理IGM演变的一部分，一个完整的现实模型的星系形成提出的其他地方。
2015-02-16 astro-ph.CO astro-ph.GA
Studying the Warm-Hot Intergalactic Medium in Emission
我们评估的可能性，以检测温暖的热星系际介质（WHIM）的发射和表征其物理条件和空间分布，通过空间分辨X射线光谱，在最近提出的DIOS，EDGE，Xenia和ORIGIN任务的框架，所有这些都配备了基于微量热计的探测器。为了这个目的，我们分析了一大套模拟发射光谱，从宇宙流体动力学模拟提取。这些模拟的X射线光谱搜索的排放功能，显示两个OVII K阿尔法三重态和OVIII Ly阿尔法线，这构成了一个典型的签名温暖的热气体。我们的分析表明，1毫秒的长曝光和2.5 eV的能量分辨率将使我们能够检测到每度^2约400个这样的特征，其显著性大于5 sigma，并揭示出这些发射系统通常与高于平均值约100的密度相关。温度可以从线比率估计，精度约为20%。来自其他谱线的污染、连续谱水平的变化和能量分辨率的退化的综合影响降低了这些估计。然而，在能量分辨率为7 eV的情况下，考虑到所有这些效应，我们仍然可以预期每度^[2]大约有160个探测器。这些线系统足以追踪线发射气体的空间分布，这构成了独立于线统计的额外信息，以约束鲜为人知的宇宙化学富集历史和恒星反馈过程。
2011-04-07 astro-ph.CO
Multicomponent and Variable Velocity Galactic Outflow in Cosmological Hydrodynamic Simulations
我们发展了一个新的“多分量和变速”（MVV）星系外流模型的宇宙学光滑粒子流体动力学（SPH）模拟。MVV风模型反映了风的物质来源于星际介质（ISM）的不同相态，并且MVV模型中的质量负载因子是星系恒星质量的函数。我们发现，MVV外流的模拟具有以下特点：（i）星系际介质几乎不被加热，平均温度与无风运行几乎相同：（ii）与无风运行相比，它具有较低的宇宙星形成率（SFR），但比等速风运行高;（iii）它与观测到的IGM金属丰度基本一致，并大致遵循观测到的Omega（Civ）演化规律;（iv）低质量星系具有较大的质量负载因子，星系低质量端恒星质量函数比以往的模拟更平坦。因此，MVV外流模型温和地解决了在以前的SPH模拟中看到的星系恒星质量函数过于陡峭的问题。总的来说，新的MVV出流模型与观测结果显示出合理的一致性，并给出了比常速风模型更好的结果。
2010-09-07 astro-ph.CO
Intergalactic Dust Extinction in Hydrodynamic Cosmological Simulations
最近，梅纳德等人探测到类星体的平均颜色发生了微妙但系统性的变化，这种变化是类星体与前景星系的投影距离的函数，扩展到约10 Mpc/h的同向运动距离，他们将其解释为星系际尘埃变红的特征。我们利用体积为（50 Mpc/h）^3的SPH宇宙学模拟，提出了这一引人注目的观测结果的理论模型。我们的主要模型使用模拟银河风，并假设尘埃跟踪星系际金属。预测的星系-尘埃关联函数在形式上类似于星系-质量关联函数，并且再现MSFR数据需要尘埃-金属质量比为0.24，大约是银河ISM中数值的一半。大约一半的红化来自距离最近的大质量星系超过100 Kpc/h的尘埃。我们还研究了没有银河风的模拟，该模拟预测星系际金属的比例要小得多（3%与35%），因此需要2.18的非物理尘埃与金属比来重现MSFR数据。在这两种模型中，信号由E（g-i）=0.001-0.1的视线主导。如果我们也允许红化出现在几× 10^10 Msun的星系中，那么无风模拟可以与数据相一致。风模型预测在z=0.5时，超新星的平均视消光值为AV ~0.0133等，视线间色散与平均值相近，这对未来的超新星宇宙学研究具有重要意义。在这些模拟中再现MSFR结果需要ISM尘埃的很大一部分从星系中驱逐出来并在星系际介质中居住。未来的观测研究提供了更高的精度，并测量了对星系类型和环境的依赖性，这将允许对富集的星系外流和IG尘埃的生存模型进行详细的测试。
2011-01-05 astro-ph.CO
The History of Metal Enrichment Traced by X-ray Observations of High Redshift Galaxy Clusters
我们提出的深X射线观测的10个大质量星系团在红移$1.05 < z < 1.71$的分析，测量的主要目标是在中间半径的星系团内介质（ICM）的金属丰度，以更好地约束模型的金属富集的星系际介质。这些目标是从X射线和Sunyaev-Zel'dovich（SZ）效应调查中选出的，并用\textit{XMM-Newton}和\textit{Chandra}卫星进行观测。对于每个集群，一个精确的气体质量分布，从中可以估计的$r_{500}$值提取。这使我们能够定义一致的径向范围内的金属丰度测量可以进行比较。一般来说，数据质量足以在两个径向箱$r<0.3r_{500}$和$0.3<r/r_{500}<1.0$中提取有意义的金属丰度测量值。对于外箱，所有十个簇的组合测量值$Z/Z_{\odot} = 0.21 \pm 0.09$表示相对于先前结果的精度的实质性改进。这个测量值与在中低红移星团中测量到的平均金属丰度0.315太阳一致，但略低。结合我们的新的高红移数据与以前的低红移的结果，使我们能够把最严格的限制到目前为止的模型集群金属丰度在中间半径的演变。采用幂律模型的形式$Z \propto \left(1+z\right)^γ$，我们测量的斜率$γ= -0.5^{+0.4}_{-0.3}$，与大多数的ICM富集发生在非常早期的时间和大规模的集群形成之前，但离开开放的可能性，一些额外的富集在这些…
2021-08-26 astro-ph.CO
Cosmic Dawn: Studies of the Earliest Galaxies and Their Role in Cosmic Reionization
我回顾了最早期星系研究的最新进展和挑战，当时宇宙的年龄不到10亿年。它们能否被用作宇宙再电离物理学的可靠示踪剂，从而补充其他更直接的星系际介质中性演化探测器？形成恒星的星系是再电离过程的主要因素吗？未来识别最早的没有化学浓缩的系统的前景如何？雄心勃勃的未来设施正在建设中，用于探索红移范围为6至20的星系和星系际介质，对应于我们现在认为的再电离时代的核心。我回顾了我们可以从目前的观察和在不久的将来与现有的设施推断这一时期，并得出结论，在未来的工作需要的关键问题清单。
2014-11-12 astro-ph.CO
The impact of feedback on the low redshift Intergalactic Medium
我们分析的低红移星系际介质（IGM）使用高分辨率的流体动力学模拟，其中包括一个详细的化学演化模型的属性的演变。我们重点研究了两种不同形式的能量反馈对低红移星系间运动的热力学和化学动力学性质的影响，一种是由超新星爆发驱动的强星系风，另一种是由气体吸积到超大质量黑洞上驱动的活动星系核.我们发现，与风（W）和BH相关的反馈在重子的化学和热历史中留下了独特的特征，特别是在红移z<3 [...]我们提出的富集WHIM阶段的质量和金属丰度分布方面的结果，无论是作为密度和温度的函数。最后，我们计算了不同的重元素，即氧，碳和铁之间的相对丰度的演变。虽然对于不同的反馈模型，C/O和O/Fe在高红移处的演化不同，但它们的值在z=0 [..]时相似。WHIM属性的灵敏度上实施的反馈方案可能是重要的区别不同的反馈物理和检测WHIM与未来的远紫外和X射线望远镜。
2009-11-13 astro-ph.CO astro-ph.GA
Starburst Galaxies: Outflows of Metals and Energy into the IGM
星暴星系的质量、金属和能量对星系际介质的贡献是什么？星暴星系驱动银河系规模的外流或“超级风”，这可能是从星系中去除金属并污染星系际介质（IGM）的原因。在过去的十年里，通过紫外/光学成像和吸收线光谱学在绘制超级风中的冷夹带气体方面取得了巨大的进展。这些研究表明，超级风在形成高表面密度恒星的星系中无处不在，最强大的恒星爆发可以驱动接近逃逸速度的外流。星系演化的理论模型已经开始纳入超级风，使用基于我们对冷气体的知识的各种特设处方。然而，这些努力从根本上受到阻碍，因为我们缺乏关于这些外流的热阶段的信息。超级风的热X射线发射阶段包含其大部分能量和新合成的金属，鉴于其高比能量和低效的冷却，它也是最有可能逃离星系引力势阱的成分。了解热气体的化学成分和速度对于评估恒星暴增的能量和化学反馈至关重要。未来十年的首要任务是能够直接测量所有质量的星暴星系向IGM喷射气体、金属和能量的速率。这将需要一个高灵敏度的X射线成像光谱仪，能够测量微弱的扩散X射线发射速度，速度精度约为100 km/s。这样的光谱分辨率自动允许详细的基于线的等离子体诊断，并且因此可以导出组成、能量学和流速。
2009-02-17 astro-ph.CO astro-ph.HE
Unraveling Chemical Enrichment in Extreme Emission-Line Galaxies: A Multi-Element Bayesian View of Bursty Star Formation and Galaxy Evolution in DESI
The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；Swinburne University of Technology（斯威本科技大学）
研究通过多元素贝叶斯模型分析极端发射线星系的化学演化，揭示了爆发性恒星形成和星系演化中的气体循环过程，重点探讨了金属丰度与恒星形成效率的关系。
2026-04-21 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
Lyman-alpha emitters in a cosmological volume II: the impact of the intergalactic medium
在不久的将来，星系巡天将瞄准莱曼α发射星系（LAE），以揭示暗能量的本质。有人认为LAEs的可观测性与星系际介质的大尺度性质相耦合。这种耦合可能会对观察到的地方经济实体的聚类造成扭曲，给即将进行的调查的解释增加新的潜在困难。我们提出了一个LAEs模型，该模型包含了星际和星系间介质中的莱曼-α辐射转移过程。该模型已在星系形成和演化的GALFORM半解析模型中实现。我们发现星系内部的辐射转移对星系性质产生选择效应。特别是，观测到的LAE往往具有低金属丰度和中等恒星形成率。在低红移，我们没有发现LAEs的空间分布和星系际介质的属性之间的相关性的证据。然而，在高红移的LAEs与视线速度和星系际介质的密度梯度。耦合的强度取决于星系的外流性质和红移。这种效应修改了大规模LAE的聚类，增加了非线性特征。特别是，我们的模型预测修改的形状和位置的重子声学振荡峰。这项工作突出了包括辐射转移物理在LAEs的宇宙学分析的重要性。
2020-01-23 astro-ph.CO astro-ph.GA
The filling factor of intergalactic metals at redshift z=3
对类星体吸收线系统的观测表明，z=3的星系际介质（IGM）被重元素污染，污染深度达HI光学深度τ_HI<<10。然而，目前尚不清楚的是，需要用金属富集的体积的比例是多少，以及为了重现观测结果，仅富集靠近星系的区域是否足够。我们使用来自大型宇宙学模拟的气体密度场，与合成类星体光谱和强加的，模型金属分布，调查什么样的富集模式可以重现所观察到的中值光学深度的CIV作为tau_HI的函数。我们的模型只能满足观测约束，如果z=3 IGM主要由位于低质量（m_tot<10^10 M_sun）晕中的星系富集，这些晕可以将金属喷射到>10^2 kpc的距离。更大质量的晕中的Galerkin不可能解释这些观测结果，因为它们太罕见了，它们的流出物无法覆盖足够大的体积。星系团需要将气体富集到远大于其宿主晕维里半径的距离。假设金属在小尺度上很好地混合，我们的建模要求模拟的体积和重子质量中被金属污染的部分分别为>10%和>50%，以便与观测结果相匹配。
2011-10-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
Low-Redshift Lyman Limit Systems as Diagnostics of Cosmological Inflows and Outflows
我们使用宇宙学流体动力学模拟与恒星反馈的FIRE项目研究的物理性质的莱曼极限系统（LLS）在z<1。在这些低的红移，LLS与星系周围的致密气体结构密切相关，例如星系风，矮卫星和来自星系际介质的冷流入。我们的分析是基于14个放大模拟，覆盖了z=0时晕质量范围M_h~10^9-10^13 Msun，我们将其与暗物质晕质量函数卷积以产生宇宙学统计。我们发现，大多数宇宙学选择的LLS与质量范围为10^10 <Mh < 10^12 Msun的晕相关联。柱10^16.2 < N_HI < 2x10^20 cm^-2的模拟吸收体的入射和HI柱密度分布与观测结果一致。高速外流（径向速度超过晕圈速度的2倍以上）往往具有较高的金属丰度（[X/H] ~ -0.5），而金属丰度非常低（[X/H] < -2）的LLS通常与星系际介质的气体下落有关。然而，大多数LLS占据金属丰度-径向速度空间的中间区域，其中金属丰度和径向运动学之间没有明显的趋势。在FIRE模拟中，由于星系风在低红移时回落到星系中，因此出现了富含金属的流入。总体模拟LLS金属丰度分布的平均值（标准差）[X/H] = -0.9（0.4），没有显示双峰性的显著证据，这与最近的观测研究相反，但与具有广泛质量和金属丰度的晕产生的LLS一致。
2017-05-16 astro-ph.CO astro-ph.GA
Galactic Outflows and Evolution of the Interstellar Medium
我们提出了一个模型，自洽地描述了星暴星系的联合演化和银河风从这种演变。我们结合人口合成代码Starburst99与银河系外流的半分析模型和外流内的化学元素的分布和丰度的模型。从星系质量、星系形成红移和恒星形成速率的特殊形式出发，描述了星系中恒星星族的演化、星际介质的金属丰度和化学成分的演化、星系风的传播和星际介质的金属富集。在本文中，我们通过改变星系的质量、恒星形成率和恒星形成效率来研究该模型的性质。我们的主要结果是：（1）对于给定的恒星形成效率f*，更长的活跃恒星形成期往往会产生更大程度的星系风。如果f* 足够大，恒星储存的能量会完全排斥ISM。最终，ISM会被超新星和恒星风的质量损失所补充。(2)对于质量超过10^11兆太阳的星系，IGM中喷出的物质总是落回星系。因此，低质量星系是负责丰富IGM的星系。(3)恒星风在银河风的动力学演化中起着次要的作用，因为它们的能量输入与超新星相比很小。然而，它们对银河风的化学成分有重要贡献。我们的结论是，ISM富集的历史起着决定性的作用，在化学成分和银河风的程度，因此，它的能力，以丰富IGM。
2011-12-09 astro-ph.CO astro-ph.GA
Dilution of chemical enrichment in galaxies 600 Myr after the Big Bang
在宇宙时间的最后12个Gyr中，星系遵循一个单一的、普遍的关系，将它们的恒星形成率（SFR）、恒星质量（$M_\star$）和化学丰度联系起来。偏离这些基本的比例关系意味着星系演化的过程发生了剧烈的变化。观测已经暗示，这种关系可能在非常早期的宇宙中被打破。然而，直到最近，星系的化学丰度只能可靠地测量到红移$z=3.3$。有了JWST，我们现在可以在红移$z=7-10$上描述大爆炸后最初几亿年内星系的SFR、$M_\star$和化学丰度。在这里，我们表明，在这个时代的星系遵循独特的SFR- $M_\star$ -主序列和质量金属丰度标度关系，但它们的化学丰度是一个因素的三个低于预期的基本金属丰度关系的后来的星系。这些发现表明，此时的星系仍然与星系际介质密切相关，并受到原始气体的持续流入，有效地稀释了它们的金属丰度。
2023-02-23 astro-ph.CO astro-ph.GA
Star formation in a galactic outflow
最近的观测揭示了大规模的星系分子外流，可能具有形成恒星所需的物理条件（高气体密度）。事实上，最近的几个模型预测，这种大规模的星系外流可能会点燃外流本身的恒星形成。这种恒星以高径向速度形成的恒星形成模式可能有助于星系的形态演化，有助于星系球状组成部分的大小和速度分散的演化，并有助于高速恒星的数量，甚至可以逃离星系。这样的恒星形成可以提供环星系和星系际介质的就地化学富集（通过大轨道上年轻恒星的超新星爆炸），一些模型还预测它可能对遥远星系中观察到的全球恒星形成率有很大贡献。虽然有观测证据表明恒星形成是由流出或喷流进入其宿主星系引发的，作为气体压缩的结果，但仍然缺少星系流出内恒星形成的证据。在这里，我们报告新的光谱观测，明确揭示恒星形成发生在星系外流的红移为0.0448。推测流出区的恒星形成速率大于15 Msun/yr。恒星的形成也可能发生在其他星系的外流中，但可能由于缺乏足够的诊断而被以前的观测所错过。
2017-03-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
The origin of ICM enrichment in the outskirts of present-day galaxy clusters from cosmological hydrodynamical simulations
附近星系团外围的星系团内介质（ICM）富集水平的均匀性表明，在团簇形成之前，化学元素就已经沉积并广泛扩散到星系际介质中。这一观测证据得到了宇宙学流体动力学模拟的数值结果的支持，如Biffi et al.（2017）所述，包括来自活动星系核的热反馈效应。在这里，我们进一步调查这一图片，通过追溯时间的空间起源和金属丰度演化的气体居住在z=0的模拟星系团的外围。在这些区域，我们发现铁丰度的大分布，包括高度富集气体的成分，已经存在于z=2。在z>1时，现在外围的气体分布在主星团数十维里半径的范围内，并且已经在高红移晕中富集。在z=2时，z=0时最富铁的气体中约有40%没有存在于该地区任何质量超过1 e11 Msun/h的晕中，但其平均铁丰度已经是0.4，w.r.t.。Anders & Grevesse（1989）的太阳值。这证实了ICM在现今星系团外围的原位富集并没有发挥重要作用，其均匀的金属丰度是低金属丰度和预富集（z>2）气体从扩散组分和通过合并子结构吸积的结果。这些发现不依赖于集群的质量，也不依赖于其核心属性。
2018-02-12 astro-ph.CO astro-ph.GA
Line Emitting Galaxies Beyond a Redshift of 7: An Improved Method for Estimating the Evolving Neutrality of the Intergalactic Medium
色选星系的红移依赖部分揭示莱曼α发射已成为最有价值的约束演化的早期星系际介质的中性。然而，除了中性气体的共振散射外，莱曼α的可见度还取决于宿主星系的内在属性，包括其恒星星族，尘埃含量和流出气体的性质。利用我们在确定$z \simeq 4-6$星系的线发射特性方面取得的重大进展，我们提出了一种改进的方法，基于使用星系的静止帧紫外连续谱的测量斜率，来解释$z>7$星系的近红外光谱的生长体，以考虑到这些宿主星系的依赖性。在我们的新方法的第一个应用程序中，我们通过一个新的光谱调查$7<z<8$星系进行凯克MOSFIRE摄谱仪证明其潜力。与早期公布的数据一起，我们的数据提供了改进的估计莱曼α的可见度不断变化，特别是在红移$z\simeq 8$。作为一个副产品，我们还提出了一个新的线发射星系的红移$z=7.62$取代了早期的红移记录。我们讨论了在$6<z<8$上演化中性分数的改进约束以及对宇宙再电离的影响。
2014-04-17 astro-ph.CO astro-ph.GA
Outflows of stars due to quasar feedback
类星体反馈外流通常被用来在早期的富气体时代将气体赶出星系，以终止星系的生长。在这里，我们提出的模拟表明，活动星系核的反馈不仅可以驱动气体，而且在一定条件下，他们的宿主星系的恒星。这一过程的机制如下：（1）活动星系核驱动的外流加速并压缩了充满宿主星系的气体;（2）被加速的致密壳层变得引力不稳定并形成径向轨道的恒星。对于这里探讨的球对称初始条件，黑洞需要超过宿主的M_sigma质量几倍，以加速壳层和新星到逃逸速度。我们讨论了这些效应对宿主星系的潜在影响：（i）核球星与宿主星系其余部分的径向混合;（ii）类星体外流对星系喷泉的贡献，作为高速云的来源;（iii）超高速恒星从宿主星系中大规模喷出，在星系外围产生II型超新星，并有助于宇宙的再电离和金属富集;（iv）隆起侵蚀，在极端情况下甚至完全破坏，导致超重或无隆起的SMBH。
2013-02-05 astro-ph.CO astro-ph.GA
A z ~ 5.7 Lyα Emission Line with an Ultra Broad Red Wing
利用Lyα发射线作为高红移恒星形成星系的示踪剂，已探测到数百个z > 5的Lyα发射线星系（LAEs）。这些LAE被认为是低质量的年轻星系，对宇宙的再电离和环星系介质（CGM）和星系际介质（IGM）的金属富集至关重要。假设LAEs的外流可以帮助电离光子和Lyα光子逃离星系。然而，由于观测上的困难，特别是在红移> 5的情况下，我们对高红移LAEs的外流仍然知之甚少。Lyα辐射转移模型预测了在有外流的LAEs中具有宽红翼的不对称Lyα线轮廓。本文报道了一条z ~ 5.7Ly α谱线，它有一个宽的红翼，相对于Lyα谱线的峰值延伸到> 1000 km/s，迄今为止，这条谱线只在几个z > 5的LAEs中被探测到。如果将宽红翼归因于气体外流而不是活动星系核活动，则外流速度可能大于z ~ 5.7 LAEs典型晕质量的逃逸速度（~ 500 km/s），这与LAEs外流将金属分散到CGM和IGM的图像相一致。
2014-01-30 astro-ph.CO astro-ph.GA
Galactic Winds in Cosmological Simulations of the Circumgalactic Medium
（摘要）我们探索新的观测约束的星系外流的亚分辨率模型，并调查其对环星系介质（CGM）的红移z = 2 - 4的影响。我们进行宇宙学流体动力学模拟，包括恒星形成，化学富集，和SNe驱动的外流的四种情况下：无风（NW），能量驱动的恒速风（CW），径向变化的风（RVWa），其中流出速度与银河系距离（r）呈正相关，RVW与晕质量（RVWb）的额外依赖。总的来说，我们发现流出物将富含金属的气体从星系中排出，显着淬灭恒星形成，并丰富CGM。在z = 2时，星系中心周围气体性质的径向分布对晕质量为（10^9 - 10^11）M_sun的风模型的选择最为敏感。我们推断RVWb模型与NW的情况类似，除了它显著地富集CGM：在r > R_200时，RVWb中的碳金属丰度（Z_C）比NW高10倍; 10^4 - 10^5 K和δ < 100的温暖气体比NW高50倍。我们还发现，CW和RVWa模型的影响是相似的，有以下差异。RVWa在z < 5时对恒星形成率造成更大的抑制，并且比CW有更高比例的低密度（δ < 10），温暖-热（10^4 - 10^6 K）气体。CW中的流出产生比RVWa更高和更早的某些IGM相的富集。通过目视检查，我们注意到RVWa模型显示了更明显的双极流出和星系盘。我们给出了[Z_C-delta]和[Z_C-r]的拟合公式，以及CIV丰度与r的函数关系。我们预测了观测诊断以区分不同的外…
2013-01-21 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Metal-rich trailing outflows uplifted by AGN bubbles in galaxy clusters
最近钱德拉X射线观测许多星系团发现的证据，热金属丰富的外流优先与大尺度轴的X射线腔与典型的外流质量周围的$10^{9} $ - $10^{10} M_{\odot}$。在这里，我们进行了一套三个流体动力学模拟研究活动星系核喷流是否可以驱动这些富含金属的外流在一个代表性的集群。通过使用示踪变量和虚拟粒子的方法，并另外以下的气体金属丰度的演变，我们表明，富金属气体最初位于中心区域确实可以被抬升的AGN气泡大的距离，在流体力学中称为达尔文漂移的现象，并形成一个附加的拖尾流出延伸超过$100$ kpc的气泡后面。在第一个$100$ Myr期间，夹带在尾流中的气体完全流出，平均流出速率接近$100M_{\odot}$ /年，在以后的时间里，由于重力，越来越多的下部气体流回星团中心。流出质量上升到约$10^{10} M_{\odot}$，夹带的铁质量约为$10^{6} - 10^{7}M_{\odot}$，与漂移模型的观测和预测一致。在我们的模拟结束时（活动星系核事件后的$\sim 800$ Myr），几个$10^{9}M_{\odot}$的隆起的高金属丰度气体仍然保持在大的高度，可能有助于丰富的散装ICM和扩大中央金属丰度峰观察到冷核心集群。
2018-06-01 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
