The visibility of Lyman Alpha Emitters: constraining reionization, ionizing photons and dust
利用GADGET-2宇宙学模拟方法，结合尘埃模型和辐射转移程序（pCRASH），建立了高红移Lyman α辐射源的物理模型。我们使用5个不同的氢电离光子逃逸分数值（f_esc= 0.05，0.25，0.5，0.75，0.95）对pCRASH宇宙学模拟进行后处理，直到再电离完成，即平均中性氢分数降至<X_HI>~10^-4。然后，将模型结果与观测到的z~6.6处LAEs的Lya和UV光度函数相匹配的唯一自由参数是Lyman Alpha（Lya）和连续光子从银河系环境中的相对逃逸（f_alpha/f_c）。我们发现了一个三维简并，使得理论模型可以与IGM Lya透射<T_alpha>率LAE~38-50%（<X_HI>对于高斯发射线，其转化为~0.5-10^-4）、f_esc~0.05-0.50和f_alpha/f_c~0.6-1.8的观测结果相一致。
2014-05-06 astro-ph.CO
Large-scale 3D mapping of the intergalactic medium using the Lyman Alpha Forest
用莱曼α森林可以绘制出红移为2-4的宇宙大尺度结构图，它是对低红移星系巡天的补充。我们应用Caucci等人的Wiener插值方法，从宇宙流体动力学模拟中获得的Lyman-alpha森林光谱集构建三维地图。我们模仿一些当前和未来的类星体红移调查（BOSS，eBOSS和MS-DESI）通过选择类似的视线密度。我们使用这些适当的子集的莱曼-α吸收视线重建完整的三维莱曼-α通量场，并执行真实和重建的字段之间的比较。我们用自相关和互相关分析、切片图、局部峰值和逐点散射研究了星系际介质（IGM）图的全局统计性质。我们发现IGM的密度场和统计性质都得到了很好的恢复，从而得到的IGM图可以被有意义地认为是代表了与Caucci等人一致的大尺度宇宙图，在更大的规模和更稀疏的视线比以前测试。从数量上讲，对于与当前和近期观测相当的视线参数，在尺度> 30 h^-1 Mpc时，真实场和重建场之间的相关系数r > 0.9。映射的属性对所使用的协方差矩阵的精确形式相对不敏感。最终的BOSS类星体莱曼α森林样本将允许在红移1.9 ~ 2.3之间、体积约为15 h^-3 Gpc^3、分辨率约为30 h^-1 Mpc的区域内绘制出地图。
2016-02-04 astro-ph.CO
An updated analytic model for the attenuation by the intergalactic medium
我们提出了一个更新版本的所谓的Madau模型的星系间中性氢对遥远物体的辐射衰减。首先，我们从Ly $α$森林，莱曼极限系统和阻尼Ly $α$系统的最新观测统计数据导出星系际吸收体的分布函数。分布函数很好地再现了观测到的红移演变的Ly $α$抑郁症和平均自由程的莱曼连续。然后，我们推导出一组解析函数，它描述了平均星系际衰减曲线的对象在$z>0.5$。新的模型预测通过通常的宽带滤波器相对于原始Madau模型，$z\simeq3$ -5（$z>6$）源的Ly $α$衰减更少（或更多）。这可能会导致测光红移估计的系统差异，然而，这仍然是小到约0.05。最后，我们发现超过0.5 mag高估的莱曼连续衰减在原来的马道模型在$z>3$，这导致了显着的overcorrection对直接观测的莱曼连续星系。
2014-05-12 astro-ph.CO
Inferring the Thermal History of the Intergalactic Medium from the Properties of the Hydrogen and Helium Lyman-alpha Forest
星系际介质（IGM）气体的起源于遥远类星体光谱中的莱曼α森林，它编码了关于结构形成的物理学信息和扩散重子物质的早期热力学。在这里，我们使用了一个庞大的套件的400多个高分辨率的宇宙流体动力学模拟运行的图形处理单元加速代码Cholla研究IGM在高空间分辨率保持在整个计算量。模拟捕捉范围广泛的可能的星系际气体的热历史，通过改变的幅度和时间的光加热和光电离背景所产生的恒星形成的星系和活动星系核。在2.2 <= z <= 5.0的整个范围内，将合成光谱与观测到的14个红移仓中氢的一维通量功率谱以及在2.4 < z < 2.9的范围内5个红移仓中氦的莱曼α不透明度进行统计比较，严格限制了IGM的光电离和光加热历史。通过利用现有的莱曼-阿尔法森林数据的约束力来打破模型简并，我们发现IGM经历了两个主要的再加热事件，从氢和氦的非平衡电离超过1.2 Gyr的宇宙时间。对于我们的最佳拟合模型，氢再电离在z~6.0时完成，第一个IGM温度峰T_0 ~ 1.3x10^4 K，然后是He II的再电离，在z~3.0时完成，产生第二个温度峰T_0 ~ 1.4x10^4 K。我们将讨论如何使用我们的结果来获得有关氢和氦再电离的时间和来源的信息。
2022-06-05 astro-ph.CO
Reconstructing the intergalactic UV background with QSO absorption lines
本文提出了一种通过研究金属吸收系统来约束星系际紫外背景光谱能量分布的新方法。我们研究单组分金属线系统表现出各种测量良好的物种。在所观察到的跃迁中，需要来自同一元素的至少两个电离级的比率，例如CIII/CIV和SiIII/SiIV。对于每个系统的光电离模型构建不同的电离辐射的光谱。然后，通过将模型与观测到的柱密度比进行比较，可以约束光谱能量分布。人工吸收器的广泛测试表明，电离辐射的光谱不能被明确地重建，但可以限制光谱的主要特征。此外，所得到的吸收体的物理参数，如电离参数，金属丰度，和相对丰度，可能强烈地依赖于所采用的电离光谱。即使在拟合良好的模型的情况下，电离参数的不确定性也可高达~0.5 dex，金属丰度的不确定性可高达~1.5 dex。因此，在估计星系际介质的金属丰度时，了解紫外背景的硬度是至关重要的。将该过程应用于3个观察到的单组分金属线系统的小样本，在z > 2处产生软电离辐射，在z < 2处产生稍硬的光谱。由此产生的能量分布表现出强烈的HeII Ly α再发射功能，这表明星系际HeII的再处理是重要的。与文献中的紫外背景光谱相比，Madau & Haardt（2009）的最新模型（包括由星系际He II延迟氦再电离后处理引起的α调制）非常适合所研究的系统。
2011-06-14 astro-ph.CO
Large fluctuations in the hydrogen-ionizing background and mean free path following the epoch of reionization
莱曼α森林中的极大不透明槽被解释为z~6以下扩展再电离过程的标志。这样的特征是不可能重现简单的模型，假设一个统一的平均自由程电离光子的星系际电离背景。我们建立了一个自洽模型的电离背景，其中包括波动的平均自由程由于电离背景和大尺度密度场的强度变化。主要的效果是抑制电离背景在大规模的空隙，由于“自屏蔽”的光学厚吸收剂的数量增加。我们的模型的结果在50兆秒差距/小时莱曼α森林有效光学深度的分布，显着提高了与观测在z~5.6的协议。外推到z~5.4和z~5.8似乎是有希望的，但是匹配平均背景演化需要超出本模型范围的吸收体群体的演化。我们还证明了需要非常大的体积（>400 Mpc的一侧），以准确地确定罕见的大规模特征的发病率在莱曼α森林。
2015-09-23 astro-ph.CO
The ionizing photon budget and effective clumping factor in radiative transfer simulations calibrated to Lyman-alpha forest data
本文利用JWST电离光子效率测量，在经XQR-30莱曼α森林校准的ATON-HE辐射转移模拟中约束逃逸率和有效成团因子，发现寡头源模型在高红移受排斥。
2024-12-02 astro-ph.CO
Quasar Ionization Front Lyα Emission in an Inhomogeneous Intergalactic Medium
类星体在再电离过程中的电离前沿（T ~ 30，000 K，中性氢分数~ 0.5）的条件是通过氢原子的碰撞激发产生莱曼α发射的理想条件。对这种辐射的观测，可以在天空中对向大于10弧分的$^2$，将明确地证明在所观测的时期存在中性星系际介质，对再电离的进展施加有价值的限制。我们发现，预期的莱曼α表面亮度明显弱于先前确定的，可能是不可能观察到与当前和不久的将来的仪器。过去的工作计算了莱曼α发射从类星体电离前在均匀介质中的聚集因子近似占不均匀性。我们发现，使用一维辐射转移计算，这种近似高估了发射的一个因素>3。我们的计算模型的电离光子的传播和计算莱曼α发射类星体电离前沿的视线从流体动力学宇宙学模拟在z = 7.1。为了更好地理解发射的物理性质，我们还开发了一个分析模型，准确地描述了完整的辐射转移计算的结果。
2014-09-02 astro-ph.CO
Intergalactic Lyman-$α$ haloes before reionization are detectable with JWST
本文利用JWST观测到的紫外光度并结合数据驱动方法，预测了再电离时期星系际莱曼-α晕的可探测性，发现单个亮晕可在z≲9被探测，堆叠约10个晕可探测至z∼16，为揭示中性星系际氢提供途径。
2024-10-03 astro-ph.CO astro-ph.GA
Playground of Lognormal Seminumerical Simulations of~the~Lyman~$α$ Forest: Thermal History of the Intergalactic Medium
本研究测试了对数正比半数值模拟在恢复热参数和Jeans长度方面的应用，通过MCMC方法分析红移3至5的类星体吸收光谱，证明其能有效恢复热参数并可用于宇宙学参数推断。
2024-12-23 astro-ph.CO
Keck Spectroscopy of Gravitationally Lensed z=4 Galaxies: Improved Constraints on the Escape Fraction of Ionizing Photons
从年轻的恒星形成星系逃逸的电离光子的比例是确定星系在宇宙再电离中的作用的最大不确定性之一。然而，传统的技术来测量这一部分是不适用于感兴趣的红移由于前景筛选莱曼α森林。在较早的研究中，我们证明了在复合光谱的莱曼break星系在z=4的低电离吸收线的等效宽度减少相比，在z=3的类似措施。这可能意味着中性气体的覆盖率较低，因此电离光子的逃逸率随红移而增加。然而，我们的光谱分辨率不足以区分几种不同的解释，包括流出运动学的红移变化。在这里，我们提出了更高质量的光谱3引力透镜莱曼break星系在z=4的光谱分辨率足以打破这种退化的解释。我们提出了一种方法来推导覆盖分数的低电离气体作为流出速度的函数，并比较结果与类似质量的数据在较低的红移星系。我们发现一个显着的趋势，较低的覆盖率低电离气体的星系与强\Lya发射。结合我们早期工作中\Lya辐射红移的人口统计趋势，我们的结果提供了新的证据，证明了平均H I覆盖分数的减少，从而增加了Lyman break星系电离辐射的逃逸分数，红移。
2013-04-29 astro-ph.CO
Particle mesh simulations of the Lyman-alpha forest and the signature of Baryon Acoustic Oscillations in the intergalactic medium
我们提出了一套超大粒子网格模拟的LyA森林的目标是了解的重子声学振荡（BAO）在星系间介质的印记。我们使用9只暗物质的模拟，可以，第一次，同时解决金斯尺度的星系际气体，同时涵盖了大量的需要充分采样的声学功能。模拟吸收光谱使用波动耿-彼得森近似产生，具有近似正确的通量概率密度函数（PDF）和小尺度功率谱。在更大的尺度上，在红移空间的关联函数中有明显的声学特征的证据，它与具有恒定偏差的线性理论模板相匹配。我们公开提供的这些光谱可用于测试管道，计划未来的实验和模拟各种物理效应。作为一个例子，我们讨论了森林中的声信号的基本性质，噪声和源数密度的误差缩放，修改统计处理平均通量演变和误判，和非引力源，如光电离背景和温度波动的波动由于HeII再电离。
2010-02-27 astro-ph.CO
Revealing reionization with the thermal history of the intergalactic medium: new constraints from the Lyman-$α$ flux power spectrum
本文利用$4.0\lesssim z\lesssim5.2$的Lyman-$α$森林通量功率谱对星系际介质（IGM）再电离期间和再电离后的热历史进行了新的研究。使用15个高分辨率光谱的样本，我们测量了这些红移（$-1\lesssim \log(k/$ km $^{-1}$ s）（$\lesssim -0.7$）的通量功率，直到最小尺度。这些尺度对IGM的瞬时温度和再电离期间和之后每单位质量注入的总能量都非常敏感。我们测量的温度在平均密度$T_{0}\sim7000$-8000 K，符合没有显着的温度演变的红移$4.2\lesssim z\lesssim5.0$。我们还提出了第一个观测约束的综合IGM的热历史，发现每单位质量的总能量输入增加从$u_{0}\sim4.6$ ${\rm eV}$ $m_{\rm p}^{-1}$到7.3 eV $m_{\rm p}^{-1}$从$z\sim 6$到$4.2$假设的$Λ$ -CDM宇宙学。我们展示了如何可以同时使用这些结果来获得信息的时间和来源的再电离过程。我们的第一个概念证明，使用简单的模型瞬时再电离产生的结果与最近的普朗克约束，有利于模型与$z_{\rm rei}\sim 8.5^{+1.1}_{-0.8}$。
2019-01-31 astro-ph.CO
Hydrodynamic Response of the Intergalactic Medium to Reionization II: Physical Characteristics and Dynamics of Ionizing Photon Sinks
Becker等人（2021）在$z=6$的IGM中测量了莱曼极限光子的平均自由程。短值表明，反射可能在再电离中起了重要作用。在这里，我们研究电离光子汇的电离锋（I-锋）的唤醒使用辐射流体动力学模拟的物理性质。我们量化的贡献，气体结构的莱曼极限不透明度跟踪列密度分布在我们的模拟。在I-front通道的$Δt = 10$ Myr内，我们发现自屏蔽系统（$N_{\rm HI} > 10^{17.2}$ cm $^{-2}$）由两种不同的粒子群组成：（1）与电离背景处于光电离平衡的过密度$Δ\sim 50$结构;（2）具有完全中性核的$Δ\gtrsim 100$密度峰。在这些时候，自屏蔽系统贡献了一半以上的不透明度，但IGM在$Δt \sim 100$ Myr中相当大地发展，因为结构被压力平滑和光蒸发压平。通过$Δt = 300$ Myr，它们对宇宙中平均1 Mpc $^3$斑块的不透明度做出了$\lesssim 10 \%$贡献。在过密的斑块中，这个百分比可能要大一些，因为那里有更多的自屏蔽系统存活下来。我们量化了自屏蔽结构的特征质量和尺寸。在I-前通道后不久，我们发现$M=10^{4} - 10^8$ M $_\odot$和有效直径$d_{\rm eff} = 1 - 20$ ckpc $/h$。这些尺度随着气体的弛豫而增大。本文所呈现的图像在具有抑制的小尺度功率的暗物质模型中可能不同…
2021-08-10 astro-ph.CO
Project Lyman: Quantifying 11 Gyrs of Metagalactic Ionizing Background Evolution
再电离时期的时间和持续时间对宇宙结构的出现和演化至关重要。恒星形成星系、活动星系核和类星体在整个宇宙时间内对元星系电离背景的贡献中所起的相对作用仍然不确定。深层类星体计数提供了对它们作用的深入了解，但由于我们对电离辐射逃逸到星系际介质（IGM）的过程缺乏了解，恒星形成的潜在关键贡献是高度不确定的。从恒星形成星系逃逸的电离光子的比例是模型中使用的一个基本自由参数，用于“微调”发生在13.4和12.7 Gyrs前的再电离时期的时间和持续时间（红移在12 > z > 6之间）。然而，在红移z > 3时，直接观测到在静止坐标系\ion{H}{1}电离边以下发射的莱曼连续谱（LyC）光子越来越不可能，这是由于干扰莱曼极限系统向高z稳定增加。因此，UV和U波段光学带通为直接、近距离和深入观察有利于LyC逃逸的环境类型提供了唯一的希望。通过量化过去110亿年（z < 3）LyC逃逸与局部和全局参数之间关系的演变，我们可以提供关于LyC逃逸分数的确切信息，这对于回答宇宙是如何被电离的问题至关重要。在这里，我们提供了由“特征”（L_{uv} ^*）恒星形成星系发射的电离连续通量的估计，作为回望时间和逃逸分数的函数，发现在z = 1（7.6 Gyrs前），逃逸分数为1%的L_{uv} ^* 星系的通量为10^{-19}尔格cm^{-2} s^{-1} s ^{-1}。
2012-09-14 astro-ph.CO
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 impact of Lyman series photons on the intergalactic medium during the Epoch of Reionisation
本文研究了在再电离时期，高阶莱曼系光子对IGM在背景CMB上的21 cm吸收或发射特征的作用。结果表明，考虑到共振线散射截面随莱曼阶数的增加而减小，高阶莱曼光子的净散射率是不可忽略的。由此产生的辐射级联将大大提高辐射源附近的莱曼α光子的数量密度。它还表明，高阶莱曼系光子能够碰撞加热的IGM的量的几十到几百开氏度。讨论了Wouthuysen-Field效应可能因星系附近尘埃的存在而被抑制的可能性，并指出高阶莱曼系光子仍会引起Wouthuysen-Field效应，但21 cm辐射效率有所降低。研究还表明，高阶莱曼系光子散射后的辐射级联将产生扩展的低表面亮度发射线晕。这些晕将提供一种独特的手段来确认再电离源候选者被在大尺度上仍然基本上是中性的IGM所包围。
2009-08-25 astro-ph.CO physics.atom-ph
The intergalactic medium thermal history at redshift z=1.7--3.2 from the Lyman alpha forest: a comparison of measurements using wavelets and the flux distribution
本文通过对Lyman α森林透射通量的小尺度涨落的研究，探讨了星系际介质（IGM）在红移区间z=1.7- 3.2的热历史。我们应用小波滤波技术，以18个高分辨率的类星体光谱获得的紫外和视觉Echelle光谱仪（UVES），并比较这些数据的合成光谱从一套流体动力学模拟IGM的热状态和宇宙学参数是不同的。从小波分析，我们得到的IGM热状态的估计是在最近的其他独立的基于小波的测量结果吻合得很好。我们还使用莱曼α森林通量概率分布函数（PDF），它以前曾被用来测量IGM温度-密度关系的相同的数据集进行再分析。这为IGM热状态的测量提供了重要的一致性测试，因为它能够直接比较使用这两种不同方法获得的约束。我们发现从小波和通量PDF得到的约束是相互一致的，虽然与以前的研究一致，通量PDF约束有利于等温或倒置IGM温度-密度关系。我们还通过结合我们的小波和通量PDF测量来进行联合分析，将z=2.1处的IGM热状态约束为具有平均密度T0/[10^3 K]=17.3 +/- 1.9的温度和幂律温度-密度关系指数gamma=1.1 +/- 0.1（1 sigma）。我们的结果与先前的观测结果一致，这些观测结果表明在z<4的IGM中可能存在额外的加热源。
2012-05-03 astro-ph.CO
The case against large intensity fluctuations in the z ~ 2.5 HeII Lyman-alpha forest
先前对2.2 < z< 2.7 HeII莱曼α森林的研究测量到的电离背景波动比理论上预期的要大得多。我们重新分析了最近的哈勃太空望远镜数据，从两个已经被用来进行这些测量，HE 2347 -4342和HS 1700 +6416，并发现绝大多数的吸收实际上是一致的一个单一的HeII光电离率。我们表明，数据约束的RMS分数波动水平平滑在1兆秒差距为< 2，并讨论为什么其他研究发现更大的波动。我们的测量是一致的模型，其中类星体占主导地位的z=2.5 metagalactic氦电离背景（但它可以容纳不太引人注目的模型），它表明类星体（而不是恒星）是主要的贡献者的HI电离背景。我们检测到一个HeII横向邻近效应，这是从一个已知的类星体的红移略有偏移。它的轮廓和偏移量可能表明，类星体在1000万年前就开始了。
2014-02-27 astro-ph.CO
The Equation of State of the Intergalactic Medium After Hydrogen Reionization
本文用解析模型研究了非均匀氢再电离对星系际介质温度分布的影响。在这个过程中，每个电离光子的剩余能量以热的形式沉积在IGM中，使其温度升高到20，000 - 30，000 K;随后宇宙的膨胀使气体冷却。由于再电离最有可能从高密度到低密度进行，低密度的空隙最后电离，冷却时间更短，并且在再电离完成后（“反转”状态方程）比平均密度气体（平均）更温暖。从这个初始状态开始，低密度气体迅速冷却，最终回到更正常的状态方程。快速变化的温度在z~6处的电离背景的测量中引入了系统不确定性。例如，后期再电离意味着快速冷却，因此电离背景在z ~5-6处的演化速度必须比通常声称的更快。这种简并性很难解开，因为莱曼-α森林只探测了一个很窄的密度范围（在这个范围内气体几乎是等温的）。然而，更高的莱曼系列转换探测更宽的密度范围，采样不同的有效温度，并提供了一种新的方法来测量IGM状态方程，应该在接近饱和吸收排除其他方法的情况下工作。这将有助于将温度演化与电离背景演化分开。虽然需要更详细的研究与流体动力学模拟，我们表明，这样的测量可能区分早期和晚期再电离使用只有少数的视线。
2009-01-13 astro-ph.CO
The Lyman Continuum Escape Survey: Ionizing Radiation from [O III]-Strong Sources at a Redshift of 3.1
我们目前的结果，从连续逃逸巡天（LACES），哈勃太空望远镜（HST）的计划，旨在表征电离辐射出现从一个样本的莱曼α发射星系在红移$z\simeq 3.1$。由于许多显示强烈的[O III]发射特性的$z>6.5$恒星形成星系，他们可能代表有价值的低红移类似物的星系在再电离时代。利用HST Wide Field Camera 3 / UVIS $F336W$对Lyman连续辐射进行成像，研究了该样品中电离光子的逃逸分数。对于61个来源，其中77%的光谱确认和53个测量的[O III]发射，我们检测到莱曼连续泄漏在20%，率显着高于在个别连续选择莱曼破裂星系。我们估计有98%的概率，我们的检测$\leq 2$可能会受到前景污染。拟合多波段光谱能量分布（SED），考虑到不同的恒星星族，尘埃粒子和金属丰度，我们得到个人莱曼连续逃逸分数校正的前景星系际吸收。我们发现逃逸分数为15%至60%的个别对象，并推断出平均20%的逃逸分数拟合复合SED为我们检测到的样本。然而，令人惊讶的是，即使是没有单独的$F336W$检测的那些源的深堆叠也提供了小于0.5%的平均逃逸分数的严格上限。我们研究了各种相关性与源的属性，并讨论了流行的图片，宇宙再电离的背景下，这种紧凑的，低金属量的恒星形成星系驱动的影响。
2019-05-17 astro-ph.CO astro-ph.GA
Lyman-alpha Heating of Inhomogeneous High-redshift Intergalactic Medium
在再电离期之前的星系际介质（IGM）主要由中性氢气组成。早期恒星产生的Ly-alpha光子共振散射氢原子，导致辐射场和气体之间的能量交换。这种相互作用的结果在适度加热的气体由于反冲的原子散射后，这是非常感兴趣的未来研究的预再电离IGM在HI 21厘米线。我们调查的影响，这Ly-alpha加热的IGM与线性密度，温度和速度扰动。由于Ly-alpha光子的热传导，小于光子扩散长度的扰动可以被阻尼。阻尼发生的尺度和这种效应的强度取决于气体的各种性质，Ly-alpha光子的通量以及光子频率在散射时重新分布的方式。为了找到相关的长度尺度和Ly-alpha加热影响微扰的程度，我们通过数值求解线性化玻尔兹曼方程来计算气体加热速率，其中散射由福克-普朗克近似处理。我们发现：（1）微扰对气体加热速率增加了一个小的修正;（2）温度微扰的衰减发生在同向波数k>10^4 Mpc^{-1}的尺度上，这比金斯尺度小得多，因此不太可能对观测到的21 cm信号产生实质性影响。
2013-12-12 astro-ph.CO
The origin of the escape of Lyman alpha and ionizing photons in Lyman Continuum Emitters
确定驱动莱曼连续统（LyC）光子逃逸的机制对于找到莱曼连续统激发（LCE）候选者至关重要。为了了解LyC光子泄漏所涉及的物理性质，我们研究了HI覆盖分数，HI速度宽度，Lyman alpha（LyA）属性和LyC光子逃逸之间的联系，在22个恒星形成星系的样本中，包括13个LCE。我们拟合了920和1300 A之间的恒星连续谱、尘埃衰减和吸收线，以提取HI覆盖分数和尘埃衰减。此外，我们还测量了光学厚的莱曼系的HI速度宽度，并推导出LyA等效宽度（EW），逃逸分数（fesc），峰值速度和通量在最小的LyA配置文件。总体而言，我们强调了低HI覆盖分数的存在与（1）低LyA峰值速度之间的强相关性;（2）剖面最小值处的更多通量;以及（3）较大的EW（LyA），fesc（LyA）和fesc（LyC）。因此，低柱密度通道是LyC和LyA光子泄漏的关键ISM成分。此外，具有较窄的HI吸收速度宽度的星系具有较高的LyA等效宽度，较大的LyA逃逸分数和较低的LyA峰值速度分离。这表明这些星系具有低HI柱密度。最后，我们发现，灰尘调节LyA和LyC辐射的量，实际上逃脱ISM。总的来说，ISM孔隙度是强LyA发射的一个来源，并使电离光子在低z泄漏逃逸。然而，这并不足以解释观测到的最大fesc（LyC），这表明最极端的LCE可能沿着观测者的所有视线都是密度有限的。总的来说，中性气体孔隙率限制了LyC和LyA…
2020-05-14 astro-ph.CO astro-ph.GA
Narrowband Lyman-Continuum Imaging of Galaxies at z ~ 2.85
我们目前的调查结果z~2.85莱曼连续统（LyC）的排放在HS 1549 +1933领域和地方的电离辐射逃逸量的恒星形成星系的限制。使用一个定制的窄带滤波器（NB 3420）调谐到低于莱曼极限的波长在z>=2.82，我们探测LyC光谱区的49个莱曼break星系（LBG）和91个Lya发射体（LAE）光谱确认在z>=2.82。在NB 3420中检测到4个LBG和7个LAE。使用V波段数据探测的休息帧非电离紫外线，我们观察到，许多NB 3420检测到的星系表现出空间偏移之间的LyC和非电离紫外线发射，其特征是非常蓝色的NB 3420-V的颜色，对应于低比率的非电离辐射（F_UV/F_LyC），在紧张局势与当前的恒星星族合成模型。我们测量了LBG和LAE样本的F_UV/F_LyC的平均值，校正了IGM中的前景星系污染和HI吸收。我们发现（F_UV/F_LyC）_corr^LBG=82 +/- 45和（F_UV/F_LyC）_corr^LAE=7.4 +/- 3.6。这些通量密度比分别对应于相对LyC逃逸分数f_esc，rel^LBG=5-8%和f_esc，rel^LAE=18- 49%，绝对LyC逃逸分数f_esc^LBG=1-2%和f_esc^LAE=5- 15%，以及恒星形成星系的共动LyC发射率为8.8-15.0 x 10^24尔格/s/Hz/Mpc ^[3]。为了研究有和没有L…
2013-10-04 astro-ph.CO
Intergalactic Lyman continuum photon budget in the past 5 billion years
通过比较利用宇宙起源谱仪获得的Ly- $α$森林数据与平滑粒子流体动力学模拟产生的模型的通量概率分布函数和功率谱，我们将H I光电离率$(Γ_{\rm HI})$限制在$z \lesssim 0.45$。我们开发了一个名为“电离和温度演化代码（CITE）”的模块，通过对GADGET-2模拟结果的后处理，计算星系际介质（IGM）温度从高红移到低红移的演化。我们的方法，产生的结果与其他模拟一致，计算成本较低，从而使我们能够探索一个大的参数空间。它还允许严格估计的误差协方差矩阵的各种统计量的利益。我们发现，最佳拟合$Γ_{\rm HI}(z)$随着$z$的增加而增加，并遵循$(4 \pm 0.1) \times 10^{-14}\:(1+z)^{4.99 \pm 0.12}$ s $^{-1}$。在任何给定的$z$上，典型的不确定度$ΔΓ_{\rm HI} / Γ_{\rm HI}$为$\sim 25$ %，其中不仅包含统计误差，而且还包含IGM热历史和宇宙学参数的可能简并性以及拟合类星体连续体的不确定性所产生的误差。$Γ_{\rm HI}$的这些值有利于只有类星体对$z<2$的电离背景有贡献的情况。我们推导出的$3σ$平均逃逸分数的上限是$0.008$，与低$z$星系的测量结果一致。
2016-12-14 astro-ph.CO
Simulating intergalactic gas for DESI-like small scale Lymanα forest observations
对Ly $α$森林的测量是基于来自天空巡天（如SDSS/eBOSS）的大量类星体光谱，精确地探测了小尺度上物质的分布，从而为宇宙学模型的几个组成部分提供了重要的约束。从这些测量中得出的主要汇总统计量是Ly $α$吸收的一维功率谱P1 D。然而，P1 D的模型预测依赖于昂贵的星系际介质流体动力学模拟，这是以前分析的限制因素。来自DESI等即将到来的调查的数据集将使观测精度接近1%的水平，并探测更小的尺度。这种观测推动要求进行七次更精确的模拟，以及对参数空间进行更仔细的探索。在这项工作中，我们评估的鲁棒性和准确性的模拟和用于约束宇宙学参数的统计框架。我们提出了一个基于网格的模拟代码Nyx和基于SPH的代码Gadget的上下文中ofP 1D之间的比较。此外，我们使用Nyx代码进行分辨率和盒大小收敛测试。我们使用高斯过程仿真方案，以减少探索参数空间所需的模拟次数，而不牺牲模型的准确性。我们展示了使用模拟eBOSS和类似的数据在端到端推理测试中产生无偏参数约束的能力，并且我们主张使用自适应抽样方案，而不是使用固定的拉丁超立方体设计。
2021-03-22 astro-ph.CO
Stellar Populations of Lyman Alpha Emitters at z~6-7: Constraints on the Escape Fraction of Ionizing Photons from Galaxy Building Blocks
我们利用Subaru/Suprime-Cam、UKIRT/WFCAM和Spitzer/IRAC拍摄的深空图像，在Subaru/XMM-牛顿深空巡天（SXDS）视场的0.65 deg^2天区中，研究了z=5.7和6.6的莱曼α发射体（LAEs）的恒星星族。我们首次利用IRAC未探测到的165个（z=5.7）和91个（z=6.6）天体在每个红移点上的多波段叠加图像，获得了z~6-7个LAEs的典型光谱能量分布（SED）。堆积的LAE与具有相似Muv的HST/WFC 3 z-dropout星系一样具有蓝色的紫外连续谱，光谱斜率为β ~-3，但同时它们具有红色的紫外-光学色，在3.6 μ m波段被探测到。利用SED拟合我们发现，堆积的LAE具有~（3-10）*10^7 Msun的低恒星质量，非常年轻的年龄为~1- 300万年，可以忽略的尘埃消光，以及来自电离星际介质的强星云辐射，尽管z=6.6的天体与没有星云辐射的高质量模型拟合得同样好;包含星云发射再现了红色UV-光学颜色，同时保持UV颜色足够蓝。我们推断z~6-7处的典型LAEs是在较低红移处看到的星系的构建块。我们发现一个试探性的减少莱曼α逃逸分数从z=5.7至6.6，这可能意味着在星系际介质中性分数的增加。从星云发射所需的最小贡献来拟合观测到的SED，我们将电离光子的逃逸分数的上限设置为f_esc^ion在z=5.7时为~0.6，在…
2010-09-18 astro-ph.CO
Evidence for Large-Scale Fluctuations in the Metagalactic Ionizing Background Near Redshift Six
在$z \lesssim 6$观测到的星系际莱曼- $α$不透明度的散射，需要在预期的再电离结束后星系际介质（IGM）中性部分的大尺度波动。解释这种散射的后再电离模型调用电离紫外背景（UVB）或IGM温度的波动。然而，这些模型对莱曼- $α$不透明度和局部密度之间的关系做出了非常不同的预测。在这里，我们测试这些模型使用莱曼- $α$发射星系（LAEs）跟踪周围的密度场最长和最不透明的已知莱曼- $α$槽在$z < 6$。使用深Subaru Hyper Suprime-Cam窄带成像，我们发现在20 Mpc/ $h$的谷内$z \simeq 5.7$ LAE的高度显著的缺陷。结果是一致的模型，其中散射在莱曼- $α$不透明度附近的$z \sim 6$是由大规模的UVB波动驱动的，并不赞成的情况下，散射主要是由IGM温度的变化驱动。在这个时代的UVB波动提出了再电离模型的边界条件，并可能有助于阐明电离源的性质。
2018-03-23 astro-ph.CO astro-ph.GA
A Deep HST Search for Escaping Lyman Continuum Flux at z~1.3: Evidence for an Evolving Ionizing Emissivity
我们获得了15个z~1.3的星暴星系在GOODS场中的深哈勃空间望远镜远紫外图像，以寻找逃逸的莱曼连续谱光子。这些是在这么大的面积（4.83弧分^[2]）上拍摄到的最深的远紫外图像（m_{AB} =28.7，3σ，1”直径），并为任何红移的星系提供了最佳的逃逸分数约束。我们没有探测到任何单独的星系，3σ极限的莱曼连续统（~700 μ m）通量比静止坐标系UV（1500 μ m）连续统通量暗50- 149倍（以f_nu计）。校正平均IGM衰减（因子~2）以及恒星固有的莱曼破裂（~3），这些限制转化为相对逃逸分数限制f_{esc,rel} <[0.03，0.21]。叠加极限为f_{esc,rel}（3σ）<0.02。我们使用蒙特卡罗模拟来正确解释IGM不透明度的预期分布。当包括以前的调查在z~1.3的限制，我们发现，在95%的置信水平，不超过8%的恒星形成星系在z~1.3可以有相对逃逸分数大于0.50。或者，如果大多数星系的逃逸莱曼连续统很小，但不为零，那么逃逸分数不可能超过0.04。叠加极限和来自蒙特卡罗模拟的极限两者均表明，在z~1.3处的平均电离发射率（相对于非电离UV发射率）显著低于在z~3处的莱曼断裂镓（LBG）中观察到的。如果恒星形成星系的电离辐射率实际上随红移而增加，这将有助于解释IGM在z>4时的高光电离率和星系际介质在z>6时的再电离率。[删节]
2010-01-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
Intensity mapping of Loeb-Rybicki haloes from scattering of galactic Lyman-$α$ emission by the diffuse intergalactic medium before reionization
Université de Genève（日内瓦大学）；The Green Concept - Institute for Carbon Assessments and Restoration Ecology（绿色概念-碳评估与恢复生态研究所）；Harvard University（哈佛大学）
利用JWST数据预测z~9-16星系Ly-α光度演化，计算Loeb-Rybicki晕的功率谱，发现SPHEREx和CDIM等实验可统计探测其强度映射信号，并与21-cm发射互相关可显著探测至z~13。
2026-06-12 astro-ph.CO astro-ph.GA
Variations of Observed Lyman-α Spectra Shapes due to the Intergalactic Absorption
Lyman- $α$（Ly $α$）光谱提供了对星系内中性氢（HI）的小尺度结构和运动学以及星系际介质（IGM）电离状态的深入了解。前者定义了星系的本征光谱，后者则对本征光谱进行了修正。这两种效应是退化的。使用IllustrisTNG 100模拟，我们研究了IGM对$z\sim 0$和$5$之间的Ly $α$光谱形状的影响。我们计算预期的LY $α$峰的分布和不同的本征光谱，红移和大尺度环境的峰的不对称性。我们发现，常用的平均透射曲线给出了一个不正确的看法所观察到的光谱特性。我们发现，峰数分布和不对称性可以解除本征光谱和IGM吸收之间的简并。例如，我们预计一个显着的三重峰Ly $α$光谱（高达30%，在$z\sim 3$），如果星系的HI分布变得更加多孔在更高的红移宇宙学模拟预测。我们提供了一个公共目录的传输曲线用于未来的模拟和观察，以允许更现实的IGM治疗。
2020-06-17 astro-ph.CO astro-ph.GA
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
Escape of Lyman-alpha and continuum photons from star-forming galaxies
近年来，人们通过窄带Lya线或宽带连续色发现了大量的高红移星系。光子从这些早期星系逃逸过程的性质对于理解星系演化和宇宙再电离至关重要。本文采用宇宙流体力学模拟和三维多波长辐射转移计算相结合的方法，研究了Lya、非电离紫外连续谱（在静止坐标系中l = 1300 - 1600埃）和电离光子（l < 912埃）从星系中的逃逸.这些星系是在一个5^3 h^-3 Mpc^3的盒子中以高分辨率进行模拟的，使用的是天鹰座初始条件，它再现了一个红移z=0的类银河星系。我们发现，这些不同光子的逃逸分数（fesc）显示出对红移和星系性质的复杂依赖：fesc（Lya）和fesc（UV）似乎随着红移而演化，它们与星系性质（如质量、恒星形成、金属丰度和尘埃含量）表现出类似的弱相关性，而fesc（Ion）在z ~ 0 - 10范围内保持大致恒定在~ 0.2，它并没有显示出对星系性质的明显依赖性。fesc（Lya）与fesc（UV）的相关性比与fesc（Ion）的相关性更强。此外，我们还发现了莱曼α发射体（LAEs）的出射光度与电离光子发射率之间的关系。将此关系与观测到的LAEs在不同红移处的光度函数相结合，估计了LAEs对星系际介质再电离的贡献。我们的结果表明，来自LAEs的电离光子不足以在z > 6处消除IGM，但它们可以在z ~ 0 - 5处维持IGM的电离。
2014-02-14 astro-ph.CO
Scale-dependent bias in the BAO-scale intergalactic neutral hydrogen
我讨论的z~2.3星系际介质的中性氢（HI）密度的波动，并表明它们与宇宙的超密度的关系是强烈的尺度依赖。这种行为源于众所周知的“邻近效应”的线性化版本，其中明亮的光源抑制原子氢密度。使用一种新的，系统的和详细的线性理论辐射转移计算，我演示了HI密度，因此反相关的总物质密度时，平均尺度超过莱曼极限平均自由path. The辐射转移指纹是非常独特的，应该是可测量的莱曼α森林。影响扩展到足够小的尺度，产生显着的失真的关联函数的形状周围的重子声学振荡峰，虽然峰值位置移动只有1.2%的平均源偏置b_j=3。畸变随b_j和其他天体物理参数的变化而显著变化，测量它将在不久的将来为电离光子源的性质提供一个有用的观测约束。
2014-03-28 astro-ph.CO
The Impact of Neutral Intergalactic Gas on Lyman-$α$ Intensity Mapping During Reionization
我们提出了高红移Ly $α$强度场的第一个模拟，解释了星系际介质（IGM）中的散射。使用三维蒙特卡罗辐射转移代码，我们发现，LY $α$散射平滑的LY $α$强度在小尺度上的空间波动，这种平滑的空间依赖性强烈依赖于平均中性分数的IGM。我们的模拟发现，$k=0.1-1~{\rm Mpc^{-1}}$的再电离的强烈影响，与$P_{\rm Lyα}\propto k^{-1.5}$相比，$\bar{x}_{\rm HI} = 0.63$的$P_{\rm Lyα}\propto k^{-1.75}$和$\bar{x}_{\rm HI} = 0.86$的$P_{\rm Lyα} \propto k^{-2.2}$。在波数为$k>1 ~ {\rm Mpc^{-1}}$的情况下，我们发现该信号对来自星系的出射Ly $α$谱线轮廓很敏感。我们还表明，Ly $α$强度图和未来的星系红移调查之间的交叉相关性可以检测到大尺度上的仪器类似SPHEREx，并在广泛的尺度范围内的CDIM静脉中的一个假设的强度映射仪器。
2018-07-09 astro-ph.CO astro-ph.GA
Fluctuations of the intergalactic ionization field at redshift z ~ 2
（略）目标。探测z ~ 2电离背景辐射的谱能量分布，确定对星系际辐射场有贡献的源。方法.明亮类星体HS 1103 +6416（zem = 2.19）的光谱包含5个连续的金属线吸收系统，它们的zabs分别为1.1923、1.7193、1.8873、1.8916和1.9410。该系统在光学上很薄，显示出多条不同金属离子线，电离势位于极紫外（EUV）范围内（1 Ryd至0.2 keV）。对于每一个系统，EUV SED的基本电离场重建的一种特殊的技术，解决光谱学中的逆问题。对于zabs = 1.8916系统，分析还涉及到莱曼系的HeI共振线和HeI 504 A连续谱，这是第一次在除太阳以外的任何宇宙天体中看到。结果从一个系统到另一个系统，电离连续统的SED发生了显著的变化，表明z ~ 2处的星系际电离场至少在Delta_z ~ 0.004的尺度上波动。这与从HeII和HI Lyman-alpha森林测量在红移2和3之间估计的Delta_z ~ 0.01是一致的。
2013-03-05 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
Documentation for the intergalactic radiative transfer code IGMtransfer
本文件描述了可通过计算机获得的数字代码“IGMtransfer”，该代码能够在莱曼α（Lya）线附近进行光的星系间辐射转移（RT）。在宇宙学模拟产生的网格中计算RT，代码返回1）“传输函数”，显示星系际介质（IGM）如何影响给定红移的Lya线，以及2）IGM的“平均传输”，使其有助于研究宇宙再电离模拟的结果。
2011-02-16 astro-ph.CO
Effective Opacity of the Intergalactic Medium from Galaxy Spectra Analysis
本文利用281个Lyman-Break Galerkin（LBG）在红移范围$2 \lesssim z \lesssim 3$内的合成光谱测量了星系际介质（IGM）的有效不透明度（$τ_{eff}$）。我们的光谱取自COSMOS Lyman-Alpha映射和层析观测（CLAMATO）调查，该调查来自W.M.上的低分辨率成像光谱仪（LRIS）。我是望远镜。我们在两个红移区间生成复合光谱，并将其与由简单恒星星族组成的光谱能量分布（SED）模型进行拟合。将这些SED模型外推到Ly $α$森林中，我们测量了$2.02 \leq z \leq 2.44$范围内的有效Ly $α$不透明度（$τ_{eff}$）。在$z = 2.22$中，我们通过对数据的幂律拟合来估计$τ_{eff} = 0.159 \pm 0.001$。这些测量结果与$z<2.5$类星体分析的估计一致，表明与规范化类星体连续体相关的系统误差并不重要。我们提供了一个高斯过程模型，我们的结果和以前的$τ_{eff}$测量，描述了从$z = 1.5 - 4$在$τ_{eff}$的陡峭的红移演化。
2020-05-22 astro-ph.CO
Machine Learning Techniques for Astrophysics and Cosmology: Lyman-$α$ forest
Institut de Física d’Altes Energies (IFAE), The Barcelona Institute of Science and Technology（高能物理研究所（IFAE），巴塞罗那科学与技术研究院）
本文探讨了机器学习技术在分析里曼-α森林中的应用，重点在于克服传统方法的计算和方法学限制，通过自动化特征提取、改进恒星连续谱重建、加速流体动力学模拟仿真以及开发基于模拟的分析方法，推动宇宙学研究的发展。
2026-05-21 astro-ph.CO
Weighing Cosmic Structures with Clusters of Galaxies and the Intergalactic Medium
我们提出了一个分析，旨在结合宇宙学的限制，通过Sunyaev-Zeldovich效应，获得南极望远镜（SPT），并从莱曼- $α$光谱与MIKE/HIRES和X-射手摄谱仪确定的星系团的数量计数。SPT聚类分析依赖于基于弱透镜测量的质量校准，而Lyman- $α$分析建立在一套流体动力学模拟上，用于提取模拟光谱。由此产生的约束表现出一个张力（$\sim 3.3σ$）之间的低$σ_8$值的首选的低红移集群数据，$σ_8=0.74 ^{+0.03}_{-0.04}$，和较高的一个首选的高红移莱曼- $α$数据，$σ_8=0.91 ^{+0.03}_{-0.03}$。我们提出了详细的分析，以了解这种紧张关系的起源，特别是确定它是否源于与集群计数和/或$α$森林分析的假设相关的系统不确定性。我们发现，这种紧张局势是强大的，相对于IGM的建模选择，即使包括可能的系统，从不明的子阻尼莱曼- $α$（DLA）和莱曼极限系统（LLS）的莱曼- $α$数据。我们的结论是，要解决这个紧张局势，从SPT侧将需要一个大的偏差的集群质量估计，或从莱曼-$α$侧莱曼-$α$平均通量的大的未计误差，分别。我们的研究结果具有重要的影响，未来的分析的基础上，从未来的大型测光调查（如欧几里德和LSST）和更大的样本的高红移类星体光谱（如DESI和WEAVE调查）的集群数计数。如果在此类调查可达到的更高的统计显著性下得…
2022-06-28 astro-ph.CO hep-th
The Keck Lyman Continuum Spectroscopic Survey (KLCS): The Emergent Ionizing Spectrum of Galaxies at $z\sim3$
我们提出的深光谱调查的结果，旨在量化的电离光子逃逸的恒星形成星系在z~3的统计。我们测量电离与非电离UV通量密度<f900/f1500>_obs的比率，其中f900是在[880，910] A范围内评估的平均通量密度。我们通过分析由子样本形成的高S/N复合光谱来量化电离与非电离UV通量密度的出现比，子样本具有共同的观察特性和数量，足以降低模型IGM+CGM校正中的统计不确定性，以获得<f900/f1500>_out的精确值，包括全样本平均值<f900/f1500>_out= $0.057\pm0.006$。我们进一步表明，<f900/f1500>_out随着Ly $α$静止等效宽度单调增加，从而与作为副产品的紫外发光度呈负相关。我们使用恒星光谱合成与ISM模型一起拟合合成光谱，其中恒星连续谱的一部分f_c被柱密度为N（HI）的气体覆盖。结果表明，复合光谱同时约束了（L900/L1500）_int和fc，N（HI），E（B-V），以及电离光子的绝对逃逸分数$f_{esc,abs}$的内禀性质.我们发现一个样本平均$f_{esc,abs} =0.09\pm0.01$，子样本下降沿线性关系$\langle f_{esc,abs}\rangle \sim 0.75[W(Lyα)/110 A]$。我们利用FUV光度函数、分布函数$n[W(Lyα)]$以及$W(Lyα)$和<f900/f1500…
2018-11-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
Forecasting constraints on the mean free path of ionizing photons at $z \geq 5.4$ from the Lyman-$α$ forest flux auto-correlation function
Lyman-$α$（Ly $α$）森林向高$z$类星体传输的波动部分来源于紫外背景（UVB）的空间波动，其水平由电离光子的平均自由程（$λ_{\text{mfp}}$）决定。Ly $α$森林通量的自关联函数表征了传输波动的强度和规模，正如我们所示，因此对$λ_{\text{mfp}}$敏感。最近在$z \sim 6$的测量表明$λ_{\text{mfp}}$在$z>5.0$的快速演变，这将在自关联函数的演变中留下签名。对于这个预测，我们模拟LY $α$森林数据与属性类似的XQR-30扩展数据集在$5.4 \leq z \leq 6.0$。在每个$z$，我们调查100个模拟数据集和一个理想的情况下，模拟数据匹配模型值的自动关联函数。对于在$z=6.0$处具有$λ_{\text{mfp}}=9.0$ cMpc的理想数据，我们恢复$λ_{\text{mfp}}=12^{+6}_{-3}$ cMpc。这种精确度可以与直接从超出莱曼极限的类星体光谱叠加中测量$λ_{\text{mfp}}$相媲美。假设的高分辨率数据导致所有$z$上误差条的$\sim40\%$减小。在这项工作中，自关联函数的模拟值的分布对于高$z$是高度非高斯的，这应该提醒使用高$z$ Ly $α$森林的其他统计量的工作不要做出这种假设.我们使用严格的统计方法来通过推理测试，但是未来对非高斯方法的研究将实现更高精度的测量。
2023-03-03 astro-ph.CO astro-ph.GA
On the Contribution of Active Galactic Nuclei to the High-Redshift Metagalactic Ionizing Background
受观测到大量高红移的活动星系核的启发，最近的研究提出了活动星系核对z > 4 H I电离背景有重要贡献的模型。在某些模型中，活动星系核甚至是再电离的主要来源。如果正确的话，这些模型将对星系主导高红移电离背景的标准观点进行必要的彻底修正。有人认为活动星系核主导的模型可以更好地解释最近的两个观测结果，这两个观测结果似乎与标准观点相冲突：（1）z ~ 5.5 H I Lyman-alpha森林中的大不透明度变化，以及（2）He II Lyman-alpha森林中平均不透明度的缓慢演变。大的空间波动的电离背景的亮度和稀有的活动星系核可能占前者，而在这些模型中的早期发病的He II再电离可能占后者。在这里，我们表明，AGN的排放源>~ 50%的电离背景的模型通常提供了一个更好的拟合所观察到的H I莱曼α森林不透明度的变化相比，标准的星系主导的模型。然而，我们认为，这些活动星系核占主导地位的模型是在紧张的约束星系际介质（IGM）的热历史。在标准的假设下的活动星系核的光谱，我们表明，早期发病的He II再电离加热的IGM远高于最近的温度测量。我们进一步认为，相对于模拟的He II莱曼α森林的平均不透明度的缓慢演变可能反映了当前模拟的不足之处，而不是像已经建议的那样有利于活动星系核主导的模型。
2018-02-26 astro-ph.CO astro-ph.GA
Probing the Dependence of the Intergalactic Medium on Large Scale Environment Using the Low Redshift Lyman Alpha Forest
我们研究的统计数据的低红移Ly-alpha森林中的自适应网格细化流体动力学宇宙学模拟足够的体积，包括不同的大尺度环境。我们比较了我们的HI柱密度分布的吸收器与最近的工作和我们的模拟的两个高度细化的区域之间：一个大规模的密度过大和大规模的密度不足（规模约为20 Mpc）。我们使用不同的模拟方法恢复了Kollmeier et al.（2014）中给出的平均结果。我们进一步分解这些结果作为环境的函数，以研究吸收体统计对大尺度密度的详细依赖性。我们发现，HI柱密度分布的斜率在10 $^{12.5}$ $\le$ N $_{HI}$ /cm $^{-2}$ $\le$ 10 $^{14.5}$范围内依赖于环境，这样的斜率变得更陡的环境密度，这种差异反映了不同的物理条件的星系际介质在这些尺度上。我们跟踪这种差异的不同温度结构的灯丝在不同的环境。具体而言，在密度过高的灯丝是热的，相应地，是由气体与较低的HI分数比那些在欠密度的环境。我们的研究结果强调，为了了解物理驱动HI CDD，我们不仅需要改进电离紫外光子的来源，而且还需要改进IGM的物理条件，以及如何作为大规模环境的函数而变化。
2017-07-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
Can the intergalactic medium cause a rapid drop in Lyman alpha emission at z>6?
莱曼α线的大截面使其成为探测星系际介质电离态的灵敏探针。在这里，我们提出了迄今为止最完整的研究IGM Lya不透明度，及其应用的红移演化的“Lya分数”，即分数的颜色选择的星系与可检测的Lya发射线。我们使用一个分层的方法，它结合了大规模的半数值模拟的再电离与中等规模的电离IGM的流体动力学模拟。这使我们能够同时考虑两个方面的演化：（i）不完全（斑片状）再电离的不透明度，由电离区域的填充因子Q_HII参数化;以及（ii）电离IGM中自屏蔽系统的不透明度，由HII区域内的平均光电离率r参数化。与最近的经验模型相反，斑片状再电离的衰减沿不同的视线具有单峰分布，而自屏蔽系统的衰减则更双峰。我们在我们的（Q_HII，Γ）参数空间中量化了平均IGM传输，这可以很容易地用于解释新的数据集。使用目前的观测结果，我们预测，Lya分数不能下降超过一个因素的~2与IGM衰减单独，即使对于HII填充因子低至Q_HII>0.1。Lya分数的较大变化可能是与星系性质共同演化的结果。在r上边缘化，我们发现当前观测在z=7 [68%置信水平（C.L.）]约束Q_HII < 0.6。然而，我们所有的参数空间都与95% C.L.的观测结果一致，突出了在z >= 6处需要更大的观测样本。
2014-06-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
Lyman-alpha opacities at z=4-6 require low mass, radiatively-suppressed galaxies to drive cosmic reionization
高红移的莱曼-α森林，特别是冈恩-彼得森槽，是再电离时代（EoR）发生的中性到电离的星系间介质（IGM）转变的最明确的标志。最近的研究，例如Kulkarni等人（2019 a）和Keating等人（2019），表明在重叠后再现观测到的莱曼α不透明度需要宇宙发射率的非单调演变：上升，在z=6时达到峰值，然后向前降低到z=4。考虑到星系的形成和宇宙恒星的形成率在这些时期仍然在不断上升，这样的演化是令人困惑的。在这里，我们使用新的RAMSES-CUDATON模拟表明，这样的峰值演化可能会自然发生在一个完全耦合的辐射流体动力学框架。在我们的基准运行中，z>6处的宇宙发射率主要由低质量（M $_{\rm DM}<2.10^9$ M $_{\odot}$）、高逃逸分数晕群控制，驱动再电离，直至重叠。接近z=6时，由于电离UV背景的上升，该群体被辐射抑制，并且其发射率下降。在此期间，高质量的晕人口建立和它的发射率上升，但不够快，以补偿低质量晕的调光，因为低逃逸分数。因此，这两个群体的电离发射率的组合自然导致宇宙发射率的上升和下降，从z=12到z=4，在z=6处达到峰值。另一种运行的特点是高质量晕的逃逸分数较高，随后在低质量下抑制，导致电离速率过冲，IGM过度电离，因此莱曼α不透明度过低。
2021-09-01 astro-ph.CO astro-ph.GA
An Exploration of AGN and Stellar Feedback Effects in the Intergalactic Medium via the Low Redshift Lyman-$α$ Forest
本文利用CAMELS模拟研究低红移Lyα森林，揭示Simba中AGN喷流与恒星反馈显著改变柱密度和b值分布并加热星系际介质，而IllustrisTNG中仅恒星反馈有细微影响，强调同时约束恒星与AGN反馈的重要性。
2023-11-01 astro-ph.CO astro-ph.GA
The fraction of ionizing radiation from massive stars that escapes to the intergalactic medium
恒星在星系际介质电离中所起的作用仍然是一个悬而未决的问题。一个关键的问题是恒星电离辐射的比例，它是在其中产生的星系逃逸。伽马射线暴余辉的光谱学可以用来确定其宿主星系中的中性氢柱密度，从而确定沿观测线到暴的极紫外辐射的不透明度。因此，合理地假设长持续时间的GRB位置代表了大质量恒星的位置，这些恒星主导了EUV的产生，人们可以计算电离辐射的平均逃逸分数，这种方式与星系的大小，光度或基本光谱无关。在这里，我们提出了一个样本的NH测量的138个伽玛暴在1.6<z<6.7，并使用它来建立一个平均逃逸分数在莱曼极限为<fesc>~0.005，98%的置信上限为~0.015。这个分析表明，恒星在z<5处对IGM的电离辐射收支有很小的贡献，而大部分爆发都在那里。在较高的红移，z>5，确定的结论是有限的小规模的伽玛暴样品，但任何平均HI柱密度的下降似乎是温和的。我们也没有发现一个显着的相关性的NH与星系紫外线光度或主机恒星质量，这些都是可用的事件的子集。我们详细讨论了一些选择效应和潜在的偏见。利用一系列的证据，我们认为，这样的影响，而不是可以忽略不计的，是不可能产生系统误差超过一个因素~2，所以不会影响的主要结论。鉴于许多伽玛射线暴的宿主是低金属量、高比恒星形成率的矮星系，这些结果对这样的星系主导宇宙再电离的假设提出了一个特殊的问题。
2018-05-18 astro-ph.CO astro-ph.GA
Limits on non-canonical heating and turbulence in the intergalactic medium from the low redshift Lyman-alpha forest
我们研究的列密度分布函数（CDDF）和多普勒参数分布的流体动力学模拟和宇宙起源光谱仪（COS）观测的莱曼α森林在红移$0\leq z\leq 0.2$。考虑到元银河系HI光电离率的两个不确定性因素，我们的流体动力学模拟与HI柱密度$10^{13.3}\rm\,cm^{-2}\leq N_{\rm HI}\leq 10^{14.5}\rm\,cm^{-2}$下观察到的CDDF的形状和幅度吻合得很好（$1$ - $1.5σ$）。然而，模拟线的多普勒宽度相对于COS数据仍然太窄。我们认为，调用活动星系核反馈并不能解决这个矛盾。我们也不赞成增强的光加热率作为一个潜在的解决方案，因为这需要一个非物理硬UV背景光谱。如果转而求助于非规范热源，则对于通过$z=0.1$具有$N_{\rm HI}\simeq 10^{13.5}\rm\,cm^{-2}$的气体，需要在$z\lesssim 2.5$处注入额外的$u \lesssim 6.9\rm\,eV\,m_{\rm p}^{-1}$比热。或者，对于扩散IGM中的最冷气体，可能存在$v_{\rm turb}\lesssim 8.5\rm\,km\,s^{-1}(N_{\rm HI}/10^{13.5}\rm\,cm^{-2})^{0.21}$的未解析视线湍流速度分量。
2022-03-25 astro-ph.CO astro-ph.GA
Reionization with star-forming galaxies: insights from the Low-z Lyman Continuum Survey
从星系逃逸的电离光子的分数，$f_{esc}$，是在同一时间的再电离建模和一个非常鲜为人知的量，特别是在高红移的一个关键参数。最近的观测开始限制低z恒星形成星系中的$f_{esc}$值，但这种比较的有效性仍有待验证。在高z应用$f_{esc}$和低z莱曼连续统巡天的紫外斜率趋势之间的经验关系，我们使用DELPHI半解析星系形成模型来估计高z星系的全球电离发射率，我们使用它来计算由此产生的再电离历史。我们发现，全球电离发射率和再电离历史符合观测约束。假设低z相关性在再电离时期保持不变，我们发现具有$-16 \lesssim M_{UV} \lesssim -13.5$的星系是再电离的主要驱动者。我们在z= 4.5，6，8处导出总体平均的$\langle f_{esc} \rangle \simeq 8\%, 10\%, 20\%$。
2022-12-12 astro-ph.CO astro-ph.GA
The production and escape of Lyman-Continuum radiation from star-forming galaxies at z~2 and their redshift evolution
我们研究了电离光子的产生率的588 H PDMATHAMM发射体（HAE）和160莱曼-PDMATHAMM发射体（LAES）在PDMATHAMN在COSMOS领域，以评估隐含的发射率从星系，根据他们的紫外光度。通过用GALEX/ $NUV$数据探索静止框架莱曼连续统（LyC），我们通过中值（平均值）叠加找到f $_{\rm esc} < 2.8\, (6.4)$ %。通过结合H $α$光度密度与IGM发射率测量的吸收研究，我们发现一个全球平均的$\langle$ f $_{\rm esc}\rangle$的$5.9^{+14.5}_{-4.2}$ %在$z=2.2$，如果我们假设HAE是电离光子的唯一来源。我们发现在$z\approx3-5$处的全局$\langle$ f $_{\rm esc}\rangle$的类似低值，也排除了在$z<5$处的高$\langle$ f $_{\rm esc}\rangle$。这些低逃逸分数使我们能够测量$ξ_{ion}$，即每单位紫外光光度产生的电离光子数，并研究这如何取决于星系的性质。我们发现HAE的典型$ξ_{ion} \approx 10^{24.77\pm0.04}$ Hz erg $^{-1}$和LAE的典型$ξ_{ion} \approx 10^{25.14\pm0.09}$ Hz erg $^{-1}$。LAE和低质量HAE在$z=…
2016-11-15 astro-ph.CO astro-ph.GA
Constraints on the $z\sim6-13$ intergalactic medium from JWST spectroscopy of Lyman-alpha damping wings in galaxies
Cosmic Dawn Center (DAWN)（黎明宇宙中心）；Niels Bohr Institute, University of Copenhagen（哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所）；Steward Observatory, University of Arizona（亚利桑那大学斯图尔德天文台）；Department of Astronomy, University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校天文学系）
JWST通过研究Lyman-alpha衰减翼约束z≈6-13的星际介质，发现高信噪比光谱能准确推断中性分数，并揭示高红移星系的吸收特性与暗物质晕关联。
2025-11-14 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
