The signature of the Warm Hot Intergalactic Medium in WMAP and the forthcoming PLANCK data
利用对数正态概率密度函数描述弱非线性物质密度场，计算了温热星系际介质与宇宙微波背景温度各向异性图之间的互相关。我们在威尔金森微波各向异性探测器测量的数据中寻找这种贡献。我们使用一个模板的投影物质密度重建从两微米全天红移巡天作为电子分布的示踪剂。细丝的空间分布模型使用最近发展的增广拉格朗日微扰理论。在这里考虑的尺度上，重建的密度场很好地描述了假设的对数正态分布函数。我们预测互相关将具有$0.03-0.3μ$ K的幅度。测量值接近于$1.5μ$ K，与模板中的结构和温度各向异性数据中的结构之间的随机对准相容。使用W1差分程序集来消除这种系统性，给出了由银河前景主导的剩余相关。普朗克可以检测到温暖-热介质，如果它是很好的跟踪密度场重建星系调查。217 GHz信道将允许消除杂散贡献，并且其大的频率覆盖范围可以显示从频谱的瑞利-金斯到维恩部分的符号变化，这是热Sunyaev-Zeldovich效应的特征。
2013-04-11 astro-ph.CO
Combined constraints on intergalactic dust from quasar colours and the soft X-ray background
除非得到适当的修正，星系际尘埃的存在将引入一个红移依赖的星等偏移标准烛光源。与无尘宇宙相比，这将导致高估亮度距离，并使宇宙学参数估计产生偏差，例如，Ia型超新星观测。在本文中，我们模型的光学消光和X射线散射特性的星系际尘埃颗粒约束星系际不透明度使用观测到的类星体的颜色和软X射线背景的组合分析。类星体的颜色有效地限制了小于~0.2微米的星系际尘埃颗粒的数量，达到了我们预期Ia型超新星星等-红移关系中相应的系统误差次主导的程度。软X射线背景观测有助于改善对非常大的尘埃颗粒的约束，因为光学红变的量非常小，因此更难以校正。对于红移z = 1的光源，我们目前的上限对应于光学波长处约0.25量级的调光，这太小而不能减轻对暗能量的需求，但就相对误差而言却很大。然而，我们希望通过对X射线背景的可能来源的更好理解，结合对活动星系核等致密X射线源的观测，有可能大大降低这一界限。
2012-09-04 astro-ph.CO
The heating rate of the Intergalactic Medium by Lyman-$α$ photon scattering
Institute for Astronomy, University of Edinburgh（爱丁堡大学天文研究所）；Royal Observatory of Edinburgh（爱丁堡皇家天文台）
研究星系际介质中中性氢温度与21厘米宇宙黎明射电吸收特征强度的关系，用数值解精确辐射传输方程计算高红移点源的莱曼-α光子加热效率，发现其比常用扩散近似计算的率小几倍。
2026-07-07 astro-ph.CO
The intergalactic magnetic field constrained by Fermi/LAT observations of the TeV blazar 1ES 0229+200
TeV的光子从耀变体在相对较大的距离，与光学-红外宇宙背景相互作用，有效地转换成电子-正电子对。产生的电子对具有极强的相对论性（洛伦兹因子为1 e 6 1 e 7的量级），并通过与微波宇宙背景的光子的逆康普顿散射迅速释放能量，产生GeV波段的辐射。这个再处理的发射的光谱和通量水平是严重依赖于星系际磁场的强度，B，它可以偏转的对稀释本征发射在一个大的立体角。我们推导出一个简单的关系，预计从一个稳定的源再处理的频谱。我们将这种处理应用到blazar 1 ES 0229+200，其固有的非常硬的TeV光谱预计是近似稳定的。将预测的再处理发射与费米/大面积望远镜测量的上限进行比较，我们根据河外背景光的模型，将星系际磁场的值限制为大于$B \simeq 5\times 10^{-15}$高斯。
2010-06-08 astro-ph.CO
Constraints on the Sunyaev-Zel'dovich signal from the Warm Hot Intergalactic Medium from WMAP and SPT data
在温热的星系际介质中，电离气体的分数在宇宙微波背景上引起类似于星系团的温度各向异性。由于这些低密度、弱非线性的重子丝所导致的Sunyaev-Zel'dovich各向异性不能用频率信息与团簇的各向异性区分开来，但由于它们的角标度非常不同，它们可以分开。为了确定WHIM SZ信号对温度各向异性辐射功率谱的相对贡献，我们使用Monte Carlo马尔可夫链和威尔金森微波各向异性探测器7年和南极望远镜数据探索了一致性LCDM模型的参数空间。我们发现了扩散气体贡献的边缘证据，其振幅为A_WHIM=10-20 μ K^2，但结果也与WHIM的零贡献相一致，允许设定A_WHIM < 43 μ K^2（95.4% C.L.）的上限。星系团产生的信号保持在A_CL=4.5 μ K ^2，这个值与不包括WHIM时得到的值相似。从测得的WHIM振幅，我们约束的扩散气体的温度-密度相图，并发现它是兼容的数值模拟。WHIM中相应的重子分数从0.43到0.47不等，取决于模型参数。普朗克数据可以对温度-密度关系设置更严格的约束。
2013-04-10 astro-ph.CO
An Empirical Determination of the Intergalactic Background Light Using NIR Deep Galaxy Survey Data out to 5 microns and the Gamma-ray Opacity of the Universe
我们扩展我们以前的模型独立的测定星系际背景光（IBL），纯粹基于星系调查数据，出5微米的波长。我们的方法使我们能够限制光子密度的范围，基于观测确定的光度密度和颜色的不确定性。我们进一步确定了一个68%的置信上限和下限的不透明度的宇宙伽马射线的能量为1.6/（1+z）TeV。我们的下限红移相关的不透明度曲线的不透明度限制来自地面的空气切伦科夫望远镜和费米-LAT观测PKS 1424+240的结果的比较，使我们能够放置一个新的上限，这个源的红移，独立于IBL建模。
2014-02-24 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
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
Constraining the baryon fraction in the Warm Hot Intergalactic Medium at low redshifts with PLANCK data
我们交叉关联前景清洁普朗克名义宇宙微波背景（CMB）的地图与两个模板构建的两微米全天红移调查的星系。第一个模板追踪到~90 Mpc/h的温暖-热星系际介质（WHIM）的大尺度引力分布特征。第二个痕迹优先维里化气体在星系周围的未解决的晕。我们发现一个边际信号从普朗克数据和WHIM模板的相关性与信噪比从0.84到1.39在不同的普朗克频率，并与频率依赖兼容的热Sunyaev-Zel 'dovich（tSZ）效应。当我们把我们的分析限制在银河系平面外的60%的天空和已知的点源和星系团时，零滞后的互相关为0.064 +/- 0.051 μ K。相关性延伸到~6度，在我们的模板的中值深度处，对应于~ 6-8 Mpc/h的物理长度。在天空的相同部分上，CMB数据与第二模板的互相关<0.17 μ K（95% C.L.），没有提供来自结合气体对先前结果的贡献的统计学上显著的证据。这个限制转化为一个物理约束的冲击加热WHIM的对数正态模型描述的弱非线性密度场的属性。我们发现，我们的上限与超密度~1-100、温度在10^4.5-10^7.5 K范围内的所有处于丝中的重子的45%是相容的，与van Waerbeke等人（2014）在红移z~0.5处的检测一致。
2015-05-18 astro-ph.CO
Constraints on the Intergalactic Magnetic Field from Gamma-Ray Observations of Blazars
来自遥远耀变体的伽马射线与河外背景光相互作用，产生电子-正电子对，并减少地面大气切伦科夫伽马射线望远镜测量的伽马射线通量。这些对可以康普顿散射宇宙微波背景，产生费米大面积望远镜（LAT）可观察到的伽马射线信号。这个特征也依赖于星系间磁场（IGMF），因为它可以使这些对偏离我们的视线，从而减少伽马射线的发射。我们提出了初步的限制IGMF使用费米-LAT和切伦科夫望远镜观测，排除了非常大和非常小的值的IGMF强度。
2013-03-25 astro-ph.CO astro-ph.HE
Lensing and the Warm Hot Intergalactic Medium
弱透镜和宇宙微波各向异性（CMB）数据的相关性跟踪的压力分布的热，电离气体和底层的物质密度场。测量的相关性主要是由居住在晕重子。通过测量掩蔽所有已知晕后的残余互相关来检测来自未结合气体的贡献需要对这种相关性及其与模型参数的依赖性有理论上的理解。我们的模型假设气体在细丝是很好地描述了一个对数正态概率分布函数，与温度$10^{5-7}$ K和超密度$ξ\le 100$。透镜-康普顿化互相关主要由密度在$ξ\approx[3-33]$范围内的气体决定;信号产生于红移$z\le 1$。如果测得的互相关只有10%是由于未结合气体，那么最近的测量将银河系间介质平均温度的上限定为$\bar{T}_e\lesssim 10^6$ K。振幅与储存在丝中的重子分数成正比。透镜-康普顿化功率谱的峰值与晕圈中的气体不同，这使得区分两者的贡献成为可能。为了在宇宙学尺度上追踪低密度和低温等离子体的分布，必须从数据中减去晕的影响，这需要比目前可用的更大的信噪比的观测。
2017-07-12 astro-ph.CO
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
Energy dissipation of energetic electrons in the inhomogeneous intergalactic medium during the epoch of reionization
研究了宇宙再电离时期非均匀星系际介质中高能电子随时间的能量耗散。除了原子过程之外，我们还考虑了电子在漫画微波背景（CMB）光子上的逆康普顿（IC）散射，这是能量超过几MeV的电子的能量损失的主要通道。我们证明：（1）对IGM的影响既有局部的，（原子过程）和非局部（2）氢离子和氦离子电离的能量分布依赖于初始电子能量，（3）局域重子过密度显著影响能量在各通道中的分布;（4）在宇宙再电离时期，原子截面的相对论效应变得重要。我们将代码作为开源发布，供社区进一步修改。
2016-04-18 astro-ph.CO astro-ph.HE
Missing dust signature in the cosmic microwave background
我检查了一个可能的光谱失真的宇宙微波背景（CMB）由于其吸收星系和星系际尘埃。我表明，即使是微妙的星系际不透明度$1 \times 10^{-7}\, \mathrm{mag}\, h\, \mathrm{Gpc}^{-1}$的CMB波长在本地宇宙中的CMB吸收和CMB强度的下降，因为不透明度急剧增加红移的原因不可忽略。宇宙微波背景辐射即使在由红移$z < 10$定义的宇宙时期也应该是扭曲的。对于这个时期，CMB的最大光谱失真至少为300 GHz处的$20 \times 10^{-22} \,\mathrm{Wm}^{-2}\, \mathrm{Hz}^{-1}\, \mathrm{sr}^{-1}$，远高于COBE/FIRAS、WMAP或普朗克通量测量的灵敏度。如果尘埃质量被认为是红移依赖的，在红移2-4处有明显的尘埃丰度，预测的CMB失真甚至更高。在完全透明的宇宙中，由于星系中的尘埃，宇宙微波背景辐射也会发生畸变，但这种效应比星系际不透明度低一个数量级。宇宙微波背景辐射被尘埃扭曲的现象并没有被观测到，这一事实很有趣，它对不透明度和消光定律的测量以及当前宇宙模型的有效性提出了质疑。
2017-06-15 astro-ph.CO astro-ph.GA
Semi-Analytic Model for Intergalactic Gamma-Ray Cascades in Extragalactic Magnetic Fields
由河外源（如耀变体）发射的初级伽马射线将在星系际空间产生电磁级联。这些级联通过电子-正电子对的产生和宇宙背景辐射的逆康普顿散射进行，主要是宇宙微波背景（CMB）和河外背景光（EBL）场。河外磁场（EGMF）的存在可能会使电子-正电子对的轨道发生偏转，并散射级联光子，可能会在源周围产生晕圈，同时抑制探测器收集的级联通量。我们开发了一个半解析模型的级联过程，并将其应用于结合GeV-TeV的数据，从费米大面积望远镜（LAT）和地面切伦科夫望远镜的高频峰值Bl Lacertae对象（HBLs），比较观测结果与模型预测使用一个强大的统计框架。下限与不同的置信水平的EGMF来自这个过程中的场强进行了讨论，在各种假设下的源寿命。
2011-09-13 astro-ph.CO astro-ph.HE
Probing the Intergalactic Medium with Fast Radio Bursts
最近发现的可能起源于河外的快速射电暴（FRB）有可能成为探测星系际介质（IGM）的有力工具。我们指出一些这样的潜在应用。给出了色散测度和转动测度随红移的表达式，并讨论了它们对HeII再电离和IGM磁场的敏感性。最后，我们计算了微透镜效应从一个孤立的，银河系外的恒星质量的紧凑的物体上的FRB光谱。两个透镜图像之间的时间延迟将引起相长干涉和相消干涉，在FRB的光谱上留下特定的印记。由于全天速率高，预计FRB的大统计样本将使这些应用可行。
2015-12-28 astro-ph.CO astro-ph.HE
The first molecules in the intergalactic medium and halos of the Dark Ages and Cosmic Dawn
我们研究了在黑暗时代和宇宙黎明时期第一批分子的形成和破坏，以评估分子线中原星系团（晕）的光度。宇宙学复合使用有效三能级原子模型来描述，而分子的化学性质则使用相关的基本动力学方程来考察。然后，我们研究了分子的碰撞和辐射激发对分子发射强度的影响，在温暖和热晕。利用普朗克星系际介质在z~6-8处的再电离数据，计算了宇宙黎明期出现的四种热光源的光能量密度上限。假设在晕圈中，光的能量密度可能基本上甚至更高，我们估计了来自第一光源的光对第一分子的形成和破坏的影响。我们表明，分子H2和HD被破坏的光解过程前不久，充分的再电离在中间的晕介质中，在介质中的两种类型的晕和第一光的所有模型。同时，氦氢离子的数密度，HeH+，显示出本质上更复杂的依赖于晕的动力学温度和第一光的模型。此外，我们估计的差分亮度温度的个别晕在旋转线的H2，HD和HeH+分子在红移对应的黑暗时代和宇宙黎明时期。它不超过微开尔文，但它的探测可能是关于在黑暗时代和宇宙黎明时期第一批恒星和星系形成之初发生的物理过程的重要信息来源。
2022-05-08 astro-ph.CO
The contribution of the Warm-Hot Intergalactic Medium to the CMB anisotropies via the Sunyaev-Zeldovich effect
宇宙流体动力学模拟预测，所有重子中有很大一部分处于温度在$10^{5}-10^{7}$ K范围内的轻度非线性结构中。由于气体是高度电离的，它可以通过宇宙微波背景辐射产生的温度各向异性来探测。我们完善我们以前的热Sunyaev-Zeldovich效应的估计，通过引入一个非多方的状态方程来模拟来自不同流体动力学模拟的温度-密度相图的冲击加热气体的温度分布。根据具体模型，康普顿化参数在$10^{-7}\le y_c \le 2\times 10^{-6}$范围内变化，与FIRAS上限兼容。这个幅度与一个简单的玩具模型一致，该模型用于估计电离气体细丝引起的平均效应。利用对数正态概率密度函数计算了WHIM灯丝产生的温度各向异性的关联函数和功率谱。对于宽范围的参数空间，辐射功率谱的最大幅度是在$\ell \approx 200-500$处的$(\ell+1)\ell C_{\ell}/2π=0.7-70(μK)^2$。该振幅与重子密度、哈勃常数和物质功率谱$σ_8$的振幅成比例，如$[(\ell+1)\ell C_\ell]_{\mathrm{max}}/2π\propto σ_8^{2.6}(Ω_b h)^2$。由于热Sunyaev-Zeldovich效应具有特定的频率依赖性，我们分析了用即将到来的普朗克数据检测该分量的可能性。
2013-01-28 astro-ph.CO
Probing galaxy bias and intergalactic gas pressure with KiDS Galaxies-tSZ-CMB lensing cross-correlations
我们约束的气体压力偏置$\left\langle b_{y} P_{\mathrm{e}}\right\rangle$（偏置加权平均电子压力），这是星系际气体的热力学特征的红移依赖，通过星系位置和热Sunyaev-Zeldovich（tSZ）效应之间的交叉相关性，以及星系的位置和引力透镜的宇宙微波背景（CMB）的组合。星系样本来自Kilo-Degree Survey（KiDS）的第四次数据发布。tSZ $y$图和CMB透镜图分别来自{ \textit{Planck} } 2015年和2018年的数据发布。用$z\lesssim1$在五个红移仓中进行测量。通过这些测量，结合星系tSZ和星系CMB透镜交叉相关，使我们能够打破星系偏差和气体压力偏差之间的简并性，从而同时约束它们。在所有的红移仓中，$\bpe$的最佳拟合值都在$\sim 0.3\, \mathrm{meV/cm^3}$的水平上，并随着红移而略有增加。星系的偏置在所有的红移区间都是一致的。我们的结果是不敏感的非线性细节的互相关，这是平滑的{ \textit{Planck} }梁。我们的测量结果与以前的测量结果以及理论预测一致。我们还表明，我们的结论并没有改变时，CMB透镜被星系透镜，这表明的一致性的两个透镜信号，尽管其根本不同的红移范围。这项研究表明，使用CMB透镜校准星系分布，使星系分布可以作为一个质量代理，而不依赖于精确…
2021-05-18 astro-ph.CO
Prospects for detecting the circum- and intergalactic medium in X-ray absorption using the extended intracluster medium as a backlight
本研究利用Hydrangea模拟预测星系团周围星系际气体的吸收特征，并评估未来X射线探测器（如Athena和LEM）在星系团核心背景下探测宇宙网丝状结构的可行性。
2023-11-16 astro-ph.CO
The Polarization Signature of Local Bulk Flows
星系际介质的大的特殊速度产生了具有频率依赖的四极项的宇宙微波背景多普勒频移。这个四极将作为宇宙微波背景的极化源，如果大规模的整体流动是局部的和相干的，就会产生大规模的极化各向异性。在我们接近运动区域中心的情况下，极化信号是纯四极。我们表明，信号是小的，但检测与未来的实验散装流量大，最近的一些报告。
2013-12-04 astro-ph.CO
Dark Photons in the Radio Sky: II. Resonant Conversions in the Intergalactic Medium
Boston University（波士顿大学）
本文预测SKA与21厘米实验对暗光子的探测灵敏度，通过星系际介质中的共振转换，可发现质量在5e-15至5e-12 eV、混合参数低至1e-8的暗光子。
2026-09-18 astro-ph.CO hep-ph
Universe opacity and CMB
本文提出了一个新的宇宙学模型，其中的宇宙微波背景（CMB）是星系际尘埃的热辐射，而不是大爆炸的残余辐射。该模型表明，一个几乎透明的局域宇宙在红移$z > 2-3$处变得相当不透明。这种不透明性在Ia型超新星的数据中很难检测到，但用类星体的数据证实了这一点。不透明度随着红移的增加而急剧增加，这是因为在前一个纪元中星系际尘埃的固有密度很高。星系际尘埃的温度随着$(1+z)$的增加而增加，正好补偿了红移引起的波长变化，因此尘埃辐射看起来就像是单一温度的黑体辐射。预测的尘埃温度为$T^{D} = 2.776 \, \mathrm{K}$，与CMB温度相差仅1.9%，预测的CMB总强度与EBL强度之比为13.4，与观测值的12.5接近。宇宙微波背景辐射的温度波动是由宇宙中的星系团和空洞产生的电子边界层波动引起的。与温度各向异性相关的CMB的极化异常是由在团簇和空洞周围的大尺度磁场排列的针状导电尘埃颗粒的极化热发射引起的。$z > 4$光度密度的强烈下降被解释为宇宙高度不透明的结果，而不是在高红移时全球恒星质量密度下降的结果。
2018-04-18 astro-ph.CO
Finding the missing baryons in the intergalactic medium with localized fast radio bursts
重子失踪问题是天文学中尚未解决的主要问题之一。快速射电暴（FRB）是一种明亮的毫秒级脉冲，起源不明。FRB的色散度量被定义为沿视线方向的电子柱密度，并考虑到每个电离重子。在这里，我们使用22个定域FRB测量宇宙的重子含量。不同于以往的作品，固定的FRB宿主星系的色散措施的值，忽略了星系际介质（IGM）的不均匀性，我们使用的色散措施的概率分布贡献的宿主星系和IGM从国家的最先进的IllustrisTNG模拟。我们导出了$Ω_b=0.0490^{+0.0036}_{-0.0033}$（1 $σ$）的宇宙重子密度，精度为7.0%.这个数值与其他测量结果非常一致，例如宇宙微波背景和大爆炸核合成。我们的工作支持重子并没有消失，而是存在于IGM中。
2022-11-08 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
An 8.0\% Determination of the Baryon Fraction in the Intergalactic Medium from Localized Fast Radio Bursts
快速射电暴（FRB）的色散测度（DM）-红移关系被认为是探测星系际介质（IGM）和研究宇宙学的一个潜在的新工具。然而，对IGM中重子分数（$f_{\mathrm{IGM}}$）及其与宇宙学参数的简并性的认识不足限制了FRB的宇宙学应用。此外，IGM（$\mathrm{DM_{IGM}}$）和宿主星系（$\mathrm{DM_{host}}$）贡献的DMs是重要的宇宙学量，无法从观测中精确提取，这将给FRB宇宙学带来不可控制的系统不确定性。在这项工作中，我们使用17个定域FRB来约束$f_{\mathrm{IGM}}$及其可能的红移演化。其他宇宙学探测，如Ia型超新星，重子声学振荡，和宇宙微波背景辐射相结合，打破参数简并。考虑到$\mathrm{DM_{IGM}}$和$\mathrm{DM_{host}}$的概率分布从IllustrisTNG模拟，我们得到了一个强大的测量$f_{\mathrm{IGM}}=0.927\pm0.075$，代表8.0\%的精度。我们发现，在目前的观测数据水平上，没有强有力的证据证明$f_{\mathrm{IGM}}$的红移依赖性。FRB本地化的快速进展将显著改善对$f_{\mathrm{IGM}}$的约束。
2023-02-22 astro-ph.CO astro-ph.HE
Revision of upper bound on volume-filling intergalactic magnetic fields with LOFAR
本研究利用 LOFAR 两米巡天的法拉第旋转测量数据，推导出宇宙大尺度结构空洞中体积填充型磁场的改进上限，比先前界限提升一个数量级，且对暴胀起源的标度不变磁场的约束优于宇宙微波背景各向异性分析。
2024-12-19 astro-ph.CO astro-ph.HE
PAPER-64 Constraints On Reionization II: The Temperature Of The z=8.4 Intergalactic Medium
我们提出的约束的星系际介质（IGM）在z=8.4的动力学温度，并在模型上加热IGM在高红移与X射线发射的第一个崩溃的对象。这些约束条件是用半解析方法推导出来的，以探索唐纳德C。Backer Precision Array for Probing the Epoch of Reionization（PAPER），在Ali et al.（2015）的配套论文中提出。如果IGM的动力学温度显著低于宇宙微波背景（CMB）的温度，一般可以产生振幅为数百mK ^2的21 cm功率谱;因此，PAPER的新结果将IGM温度的下限定在z=8.4。考虑到IGM的未知电离状态，我们的测量发现IGM温度对于10%和85%之间的中性部分高于~5 K，对于15%和80%之间的中性部分高于~7 K，或者对于30%和70%之间的中性部分高于~10 K。我们还计算了加热的IGM，将提供所观察到的高红移星系人口，并发现，对于大多数模型，这些星系足以使IGM温度高于我们的下限。然而，有显着范围的参数空间，可以产生一个信号排除了PAPER测量;模型与陡峭的下降，在恒星形成率密度在高红移或相对较低的价值观的X射线恒星形成率效率的高红移星系通常是不受欢迎的。的纸测量是一致的（但不约束）的氢自旋温度高于CMB温度，这种情况下，我们发现一般预测，如果星系暗于目前的检测极限的光学/近红外测量包括在计算中的X射线加热。
2015-09-15 astro-ph.CO
Spectral distortions in the cosmic microwave background polarization
本文计算了在星系际冷电子与宇宙微波背景（CMB）的康普顿相互作用中，由非线性效应引起的CMB偏振的光谱畸变。该信号是$y$型的，并且由再电离时代产生的贡献主导。我们强调，它是不是阴影的热SZ效应，没有等效的偏振。我们分解成$E$ -和$B$ -模式的角度依赖性，我们计算相应的功率谱，无论是准确的，并使用合适的Limber近似，允许一个更简单的数值计算。我们发现$B$模与$E$模具有相同的数量级.两个光谱都相对平坦，峰值在$\ell=280$附近，它们的总振幅与再电离的光学深度直接相关。此外，我们发现这种效应是一个数量级大于非线性动力学的Sunyaev-Zel'dovich效应在星系团。最后，我们讨论了如何提高我们的信号的可探测性，通过交叉相关它与其他数量来源的星系际电子流。
2014-03-21 astro-ph.CO gr-qc
Large-Scale Diffuse Intergalactic Magnetic Fields Constraints with the Cherenkov Telescope Array
在星系和星系团中观测到了$μ$ -高斯量级的磁场，这可能（至少）部分是由弱得多的原始种子场的放大引起的。这些磁场应该是由强大的银河系外流进行的，从而使银河系间介质（IGM）磁性富集。然而，对IGM中磁场的直接观测是罕见的。这次演讲将回顾如何利用伽马射线观测来约束星系际磁场（IGMF）。遥远耀变体发射的高能TeV光子可以与宇宙河外的光学/红外/微波背景光相互作用，产生电子-正电子对，并在IGM中引发电磁级联。这些级联的带电部分被IGMF偏转，从而减少了观测到的点状TeV通量，并在GeV能量范围内产生了扩展图像，这可能会被$γ$射线望远镜（费米-LAT，HESS，CTA）探测到。研究（例如，Neronov & Vovk 2010，Dolag等人2011）已经对$10^{-16} - 10^{-15} G$量级的IGMF强度和$60\%$的填充因子提出了下限。本次演讲将描述切伦科夫望远镜阵列灵敏度预计将给出的约束（CTA联盟2018）。
2018-11-14 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Intergalactic medium dispersion measures of fast radio bursts estimated from IllustrisTNG simulation and their cosmological applications
快速射电暴（FRB）是持续时间为毫秒的无线电瞬变，可用作宇宙学探测器。然而，星系际介质（IGM）贡献的色散测度（DM）很难与其他成分区分开来。在本文中，我们使用IllustrisTNG模拟来实际估计$DM_{\rm IGM}$到$z\sim 9$。我们在$z=1$中找到了$DM_{\rm IGM} = 892^{+721}_{-270}$ pc cm $^{-3}$。$DM_{\rm IGM}$的概率分布可以很好地拟合一个准高斯函数的长尾。在IGM中，尾翼是由沿视线方向的结构引起的。减去银河系和宿主星系的DM贡献的本地化FRB，$DM_{\rm IGM}$值接近派生的$DM_{\rm IGM}-z$关系。我们还显示了约束宇宙再电离历史的能力与$DM_{\rm IGM}$的高红移FRB在IllustrisTNG宇宙。推导出的$DM_{\rm IGM}-z$关系在高红移下可以很好地用具有再电离红移$z=5.95$的$tanh$再电离模型来拟合，这与IllustrisTNG模拟所使用的再电离模型是兼容的。高红移FRB的$DM_{\rm IGM}$也提供了一种独立的测量宇宙微波背景光深的方法。我们的结果可以用来计算$DM_{\rm IGM}<4000$ \ \ pc cm $^{-3}$的非定域FRB的赝红移.
2020-11-30 astro-ph.CO astro-ph.HE
Constraining the astrophysical origin of intergalactic magnetic fields
本研究利用Fermi LAT和H.E.S.S.观测数据，通过耀变体电磁级联现象约束星系际磁场（IGMF）的起源，发现强空间填充原初磁场比例须至少为0.67，并设定了不同耀变体活动时间下原初IGMF的下限。
2024-02-19 astro-ph.CO astro-ph.HE
The effect of neutrinos on the matter distribution as probed by the Intergalactic Medium
我们提出了一套完整的流体动力学宇宙学模拟，定量地解决中微子的影响（轻度非线性）的空间分布的物质，特别是中性氢分布在星系际介质（IGM），这是负责干预莱曼α吸收类星体光谱。中微子的自由流导致总物质分布的功率谱在Lyman-alpha森林数据探测的尺度上的（非线性）尺度依赖性抑制，比线性理论预测的大约25%，并且强烈依赖于红移。通过提取一组真实的模拟类星体谱，我们量化了中微子对通量概率分布函数和通量功率谱的影响。物质功率谱的差异转化为中微子质量为Sigma m_v = 0.3 eV（0.6 eV）时通量功率谱的约2.5%（5%）差异。这个相当小的影响是很难检测到从目前的莱曼α森林数据和几乎完全退化的整体幅度的物质功率谱的特点是sigma_8。如果将数值模拟的结果归一化为在初始条件下具有相同的σ_8，则中微子对σ m_v = 0.6 $ eV (1.2 eV) when compared to a simulation without neutrinos. We present constraints on neutrino masses using the Sloan Digital Sky Survey flux power spectrum alone and find an upper limit of Sigma m_ν < 0.9$ eV（2 σ C.L.）的通量功率产生约3…
2010-06-03 astro-ph.CO hep-th
Observations of the MIssing Baryons in the warm-hot intergalactic medium
几十年来，人们已经知道，在局部宇宙中观测到的重子数量比大爆炸核合成预测的重子总数少了30-40%，这是从宇宙微波背景的密度波动中推断出来的，在宇宙的前20 - 30亿年中，在所谓的莱曼α森林中观察到。这个悖论的一个理论解决方案是将失踪的重子定位在星系之间的热而稀薄的星系际气体中，称为温暖的星系际介质。然而，在那里很难检测到它们，因为这种气体的最大成分-氢-大部分被电离，因此在远紫外光谱中几乎不可见，具有典型的信噪比。事实上，尽管进行了大量的观测工作，但迄今为止，只有少数几个边缘的探测结果。本文报道了在红移>0.4的类星体的高信噪比X射线谱中观测到两个高电离氧（OVII）吸收体。这些吸收体在2年的时间尺度上没有变化，也没有相关的冷吸收，使得它们来自类星体的内在外流或宿主星系的星际介质的假设变得不可信。OVII系统位于以大（与平均值相比为x4）星系过密度及其数量（下降到我们数据的敏感阈值）为特征的区域，与长期寻求的温热星系际介质（WHIM）的数值模拟预测一致。我们的结论是，失踪的重子已经找到。
2018-06-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
Reconstructing patchy helium reionization using the cosmic microwave background and large-scale structure
本研究提出利用宇宙微波背景与大尺度结构巡天的联合信息矩阵分析，重建斑驳氦再电离导致的光深涨落，并指出近未来巡天能高显著性测量其红移与持续时间，同时强调氦再电离建模不确定性会影响氢再电离参数的测量精度。
2025-08-12 astro-ph.CO astro-ph.GA
Constraining the intergalactic medium at $z\approx$ 9.1 using LOFAR Epoch of Reionization observations
我们推导出的星系际介质（IGM）的热态和电离态在红移$\approx$ 9.1使用新的上限21厘米的功率谱测量的LOFAR射电望远镜和电离分数在红移估计从最近的宇宙微波背景（CMB）观测之前的限制。我们已经使用的再电离模拟代码GRIZZLY和贝叶斯推理框架的结果来约束的参数描述的IGM的物理状态。我们发现，如果气体加热仍然可以忽略不计，IGM与电离分数$\gtrsim 0.13$和分布的电离区域的特征尺寸$\gtrsim 8 ~h^{-1}$共同megaparsec（Mpc）和半高宽（FWHM）$\gtrsim 16 ~h^{-1}$ Mpc被排除。对于具有均匀自旋温度$T_{\rm S} \gtrsim 3$ K的IGM，不能计算对电离分量的约束。如果信号的大尺度波动是由自旋温度波动驱动的，则排除具有温度大于CMB的加热区域的体积分数$\lesssim 0.34$、平均气体温度7-160 K以及特征尺寸为3.5-70 $h^{-1}$ Mpc且FWHM为$\lesssim 110$ $h^{-1}$ Mpc的加热区域分布的IGM。这些制约因素在95%的可信区间内。随着未来LOFAR在多个红移处的上限更加严格，约束将变得更加严格，并将排除越来越大的参数空间区域。
2020-02-17 astro-ph.CO astro-ph.GA
Cosmic ray heating of intergalactic medium: patchy or uniform?
研究了高红移恒星形成星系周围的星系际介质（IGM）由于宇宙线（CR）的加热。我们考虑到低能量宇宙射线的扩散，并研究由此产生的加热的斑块。我们讨论了高红移微晕（$z\sim 10\hbox{--}20$，M $\sim 10^5\hbox{--}10^7$ M $_\odot$）周围IGM加热的情况，并对扩散系数$D\le 1\times 10^{26}$ cm $^2$ s $^{-1}$设定了上限，以使$z\sim 10$处的加热不均匀，并且$D\le 5\hbox{--}6 \times 10^{26}$ cm $^2$ s $^{-1}$在$z\sim 20$。对于$D$的典型值，我们的结果表明均匀加热CR在高红移，虽然有磁场和其他CR参数的不确定性。我们还讨论了连续恒星形成的两种情况，一种是星系的恒星形成率（SFR）高到足以使附近的IGM光电离，另一种是SFR低到足以保持中性，但高到足以引起宇宙射线质子显着加热。在中性的情况下（低SFR），我们发现，由此产生的加热可以使气体热比宇宙微波背景（CMB）辐射的$D < 10^{30}$厘米$^2$的$^{-1}$，在几千秒差距的星系，不太可能探测到不久的将来的射电观测。在光电离IGM（高SFR）的情况下，在高红移（PDMATHAMBMX）星系附近的气体加热质量$\ge 10^{12}$ M $_\odot$可以抑制气体进入星系。…
2018-06-04 astro-ph.CO astro-ph.GA
Galactic wind X-ray heating of the intergalactic medium during the Epoch of Reionization
本文计算了再电离期（EoR）星系风的漫射软X射线发射率。我们考虑两个分析模型，压力驱动的风和超级气泡模型，和3D宇宙学模拟，包括气体动力学的第一个十亿年（FiBY）项目。分析模型被归一化以匹配附近宇宙中恒星形成星系的漫射X射线发射率。宇宙学模拟使用物理激发的恒星形成和风的处方，并包括辐射转移校正。所有的模型和模拟都被发现产生足够的加热的星系际介质可检测的当前和计划的无线电设施通过21厘米测量EoR。虽然分析模型预测相对于$z_{\rm trans} \simeq 8 - 10$设置的宇宙微波背景的21厘米发射信号，但FiBY模拟中的预测信号在再电离完成之前仍处于吸收状态。21 cm吸收差亮度温度达到最小值$ΔT \simeq -130$至$-200$ mK，具体取决于型号。允许来自高质量X射线双星的额外热量将跃迁推到发射到$z_{\rm trans} \simeq 10 - 12$，较浅的吸收特征具有最小值$ΔT \simeq -110$到$-140$ mK。21厘米的信号可能是区分风模型的一种手段，超级气泡模型有利于更早的再加热。虽然早期的发射转变可能表明X射线双星主导了再加热，但早在$z_{\rm trans} > 12$就向发射转变则表明存在额外的热源。
2017-08-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
Boundless baryons: how diffuse gas contributes to anisotropic tSZ signal around simulated Three Hundred clusters
本研究基于The Three Hundred Gizmo-Simba模拟，分析弥散星系际气体对星系团周围各向异性tSZ信号的贡献，发现其在远场贡献25-60%的信号，且结果依赖气体定义，为未来相关观测提供指导。
2023-06-12 astro-ph.CO
Thermal Sunyaev-Zel'dovich effect in the intergalactic medium with primordial magnetic fields
宇宙中普遍存在磁场，这是从星系或星系际介质（IGM）辐射和宇宙线观测中提出的。宇宙磁场的一个可能起源是原始宇宙的磁生作用。这种磁场被称为原始磁场（PMF），并且被认为影响IGM气体的物质密度波动和热历史的演化。因此，PMF的信息有望通过IGM中的热Sunyaev-Zel'dovich（tSZ）效应而印刻在宇宙微波背景（CMB）的各向异性上。在本研究中，我们给定PMF的初始功率谱为$P(k)\propto B_{\rm 1Mpc}^2 k^{n_{B}}$，计算了在PMF的影响下IGM的动力学和热演化，并计算了天空中康普顿$y$参数的合成角功率谱。因此，我们发现，两个物理过程驱动的PMF占主导地位的决定功率谱的康普顿$y$参数;（i）加热由于双极扩散有效地工作，以增加温度和电离分数，和（ii）的洛伦兹力大大提高后的重组时代的密度对比度。这些事实的结果是使pMF诱导的tSZ角功率谱在$\ell >10^4$比星系团更显着，即使与$B_{\rm 1Mpc}=0.1$ nG和$n_{B}=-1.0$，因为从星系团的贡献随着增加$\ell$。测量高$\ell$模的tSZ角功率谱可以对保偏光纤提供严格的约束。
2018-12-24 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Constraints on primordial magnetic fields from the optical depth of the cosmic microwave background
在后退耦时代，磁场通过双极扩散和磁流体动力学（MHD）湍流衰减而衰减，加热了星系际介质（IGM）。IGM中氢原子的延迟复合产生了宇宙微波背景（CMB）散射的光学深度。在$z\gg 10$产生的光学深度不影响低多极子下CMB偏振功率谱的“再电离凸点”，但影响高多极子下的温度和偏振功率谱。将解耦时期阻尼尺度上平滑的场的现今能量密度写成$ρ_{B,0}=B_{0}^2/2$，我们将$B_0$约束为谱指数$n_B$的函数。使用普朗克2013似然码，该码使用普朗克温度和透镜数据以及WMAP 9年偏振数据，我们分别找到了$n_B=-2.9$、$-2.5$和$-1.5$的$B_0<0.63$、0.39和0.18 nG的95%上限。对于这些光谱指数，光学深度主要是由耗散的衰减MHD湍流后不久发生的去耦时代。我们的限制是强于以前的限制忽略了电离历史的影响的领域。在加热的IGM中，CMB光子离开电子的逆康普顿散射使CMB的热谱失真。我们对$B_0$的限制意味着在后去耦时代由场耗散引起的$y$型畸变应该分别小于$10^{-9}$、$4\times10^{-9}$和$10^{-9}$。
2015-05-24 astro-ph.CO
Comptonization of CMB in galaxy clusters. Monte Carlo computations
我们考虑的问题是确定由于热Sunyaev-Zeldovich效应引起的宇宙微波背景（CMB）谱形的变化。我们数值模拟了宇宙微波背景辐射在热的星系际麦克斯韦等离子体压缩下的光谱强度。为此，我们开发了一个带光子权重的相对论蒙特卡罗程序。该程序使我们能够在较宽的能量范围内构造康普顿化CMB谱。将结果与已知的解析解和以前的数值模拟进行比较。我们还计算了从云中出现的辐射强度的角分布，这表明tSZ效应的光谱形状对于不同方向的逃逸光子是不通用的。该数值方法可以模拟不同光学深度、温度、光子源初始光谱及其空间分布的康普顿化过程，所得结果对研究星系团的轮廓有一定的意义。
2020-09-30 astro-ph.CO
Axion-Photon Conversion and Effects on 21cm Observation
最近，EDGES实验在无线电波中发现了21 cm吸收信号的增强，这可能是重子的反常冷却或宇宙微波背景光子的加热。在本文中，我们追求后一种可能性。我们指出，在星系际磁场的作用下，由类轴子粒子组成的暗辐射可以共振转化为光子，从而有效地加热了EDGES实验所需频率范围内的辐射。这可以解释边缘异常。
2018-07-08 astro-ph.CO hep-ph
Testing Inflation and Curvaton Scenarios with CMB Distortions
在复合之前，Silk阻尼导致声波的能量耗散到宇宙微波背景（CMB）中，导致光谱失真。这些可以用来探测原始标量功率谱在更小的尺度上比它是可能的与CMB各向异性。然而，需要增强这些尺度上的功率，以便通过未来的实验（如PIXIE）检测到所产生的扭曲。本文考察了Martin等人在Encyclopaedia Inflationaris [1]中列出的所有49个单场暴胀模型，发现其中只有一个模型在其参数空间的调谐区域中可能导致可检测到的扭曲，即原始混合模型。三个有效的多场的情况下，也进行了研究：轻轻地，突然转向的轨迹，并与温和的瀑布轨迹。轻微转弯的轨迹不会引起任何可检测水平的失真，而场空间中的突然转弯或温和的瀑布轨迹预测标量功率谱中的峰值（在突然转弯的情况下加上阻尼振荡），这可能导致可观察到的CMB失真量。最后，另一种情况下，导致潜在的可检测的扭曲涉及一个弯曲的蓝色光谱是次主导的CMB角尺度和超越的暴胀子光谱在较小的尺度。然而，在这种情况下，我们表明，从超紧凑minihaloes的界限是不满足的。期望最终的PRISM类实验的特点是灵敏度提高了十倍，讨论了一些模型。
2014-09-15 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Constraining exotic high-$z$ reionization histories with Gaussian processes and the Cosmic Microwave Background
本研究利用高斯过程结合Planck CMB数据，无模型依赖地重构宇宙再电离历史，复现标准低红移再电离并严格约束高红移额外再电离，定义新参数τ_highz约束奇异能量注入场景，且代码数据公开。
2025-10-22 astro-ph.CO hep-ph
Possible signature of distant foreground in the Planck data
利用宇宙微波背景辐射的普朗克图，我们检验并证实了超新星红移（$z_{\rm SN}$）和宇宙微波背景辐射在超新星位置的温度涨落（$T_{\rm SN}$）之间存在相关性，这是我们以前在威尔金森微波各向异性探测器数据中报道的。普朗克数据的皮尔逊相关系数为$r=+0.38\pm 0.08$，这表明相关性在统计学上是显著的（信号大约高于噪声水平$5σ$）。对于SNe的Ia型子样本$r_{\rm Ia}=+0.45\pm 0.09$，相关性变得甚至更强，而对于SNe的其余部分，相关性消失。通过检查普朗克不同频段的回归线$T_{\rm SN} / z_{\rm SN}$的斜率，我们也排除了这种异常是由Sunyaev-Zeldovich效应引起的可能性。剩下的可能性是来自遥远的（$z>0.3$）前景的宇宙微波背景辐射通过综合的萨克斯-沃尔夫效应或星系际物质的热辐射的贡献。
2014-10-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
Radiation Backgrounds at Cosmic Dawn: X-Rays from Compact Binaries
我们计算了再电离之前和期间X射线双星的预期X射线漫射背景和星系际介质（IGM）上的辐射反馈。紧联星的宇宙演化之后，使用人口合成技术，分别处理中子星和黑洞双星在不同的光谱状态，并校准，以重现所观察到的星系在z<4的X射线特性。结合恒星形成的宇宙历史的最新经验测定，恒星质量-金属丰度关系的最新模型，以及IGM的吸收方案（该方案解释了再电离时期电离HII气泡的存在），我们详细的计算提供了z>6时“正常”星系的X射线体积发射率和过滤辐射背景的精确预测。辐射转移效应调制背景光谱，其显示1和2 keV之间的特征峰。虽然通过IGM过滤X射线辐射略微增加了每次光电离的平均过剩能量，但它也削弱了低于1 keV的辐射强度，降低了平均光电离和加热速率。对速率方程和能量方程的数值积分表明，X射线双星对大块IGM电离的贡献可以忽略不计，电子分数从未超过1%。直接HeI光电离是IGM加热的主要来源，并且HII腔之间的大部分中性介质的温度仅在z<10时增加到高于宇宙微波背景（CMB）的温度，此时HII泡的体积填充因子已经>0.1。因此，在这种情况下，只有在相对较晚的时期，中性星系际氢的大部分可能是在21厘米的辐射对CMB观测。
2017-04-18 astro-ph.CO astro-ph.GA
