New constraints on the galactic ionizing efficiency and escape fraction at 2.5 < z < 6 based on quasar absorption spectra
本文利用高红移类星体光谱测量星系电离背景和平均自由程，结合紫外光度函数约束星系在 2.5<z<6 的电离效率与逃逸分数，发现逃逸分数从 z=4 到 z=6 显著增加，并表明再电离末期可能由吸收主导。
2025-07-02 astro-ph.CO astro-ph.GA
Evolution in the Escape Fraction of Ionizing Photons and the Decline in Strong Lya Emission from z>6 Galaxies
在z > 6时，强Lyman Alpha（Lya）发射星系的数量迅速减少，为IGM中的中性氢提供了证据，但很难用合理的再电离模型来解释。我们证明了观测到的星系在z > 6时Lya通量的减少可以用电离光子逃逸分数f_esc的演化来解释。我们发现，观察到的中值下降的星系的分数显示出强Lya的发射，以及观察到的Lya光度函数的演变都遵循从f_esc的小增加Δ f_esc ~ 0.1从f_esc ~ 0.6在z ~ 6。这种高逃逸分数可能与当前对电离光子逃逸分数的限制不一致，其有利于f_esc <20%的较小值。然而，调用的红移演化的f_ esc是符合这些约束条件的模型可以抑制z~7 Lya流量的观测水平，如果它们还包括一个小的演变，在全球中性分数的Δ xHI ~ 0.2。因此，一个不断演变的逃逸分数的电离光子可以是一个合理的解释进化的高红移星系的Lya发射的一部分。更一般地说，我们的分析还表明，在Lya分数的下降是定量一致的Lya发光体的Lya光度函数中观察到的演变。
2014-03-14 astro-ph.CO astro-ph.GA
Observational constraints on stellar feedback in dwarf galaxies
电离辐射、恒星风和超新星对星际介质的反馈是调节星系中恒星形成的核心。由于矮星系的质量较低（$M_{*} < 10^{9}$ \，M $_\odot$），它们特别容易受到这种过程的影响，使它们成为研究反馈的详细物理学的理想场所。从这个角度来看，我们总结了来自恒星形成区域反馈的最新观测证据，以及这如何推动“超级气泡”和星系风的形成。我们讨论了外部电离辐射的重要作用-“再电离”-最小的星系。并且，我们讨论的观测证据表明，这种反馈直接影响星系的性质，如恒星形成的历史，金属含量，颜色，大小，形态，甚至其内部的暗物质密度。最后，我们展望了未来，总结了关键的问题，仍然没有答案，并列出了一些悬而未决的挑战星系形成理论。
2022-05-13 astro-ph.CO astro-ph.GA
Modeling small galaxies during the Epoch of Reionisation
小星系被认为是在再电离完成之前宇宙电离预算的主要贡献者。已经有许多数值研究试图通过逃逸分数$f_{esc}$来量化它们的电离效率。虽然有一个明显的趋势，即小晕的$f_{esc}$较高，但单个晕块的$f_{esc}$分布很分散。我们认为这是由于低质量星系中恒星形成的内在爆发性。我们进行了高分辨率的辐射流体动力学模拟与Ramses-RT模型的三个星系的演化和电离效率。我们发现，$f_{esc}$的变化遵循恒星形成率。然后，我们讨论的后果，这种变化的可观测性的星系JWST。
2015-10-23 astro-ph.CO astro-ph.GA
DUSTiER (DUST in the Epoch of Reionization): dusty galaxies in cosmological radiation-hydrodynamical simulations of the Epoch of Reionization with RAMSES-CUDATON
近年来，星际尘埃已成为高红移宇宙和甚高红移宇宙研究中的一个重要课题。证据表明，在再电离时期，大质量恒星形成星系中已经存在高尘埃质量，可能影响电离光子逃逸到星系际介质中。此外，正确估计紫外波长处的尘埃消光对于精确的紫外光度函数（UVLF）预测和解释至关重要。本文研究了尘埃对高红移星系观测性质的影响，以及宇宙再电离。为此，我们耦合的物理模型尘埃生产的完全耦合的辐射流体动力学宇宙学模拟代码RAMSES-CUDATON，并执行$16^3$，$2048^3$，模拟，我们称之为DUSTiER的尘埃在再电离时代。它产生的星系与尘埃质量和紫外线斜率兼容的限制在z $\geq 5$。我们发现，消光对UVLF的亮端有着巨大的影响，甚至早在$\rm z=8$，我们的尘埃UVLF比无尘UVLF更符合观测。在$\rm z=5$中，被遮蔽的恒星形成的比例上升到45%，与ALMA的一些最新结果一致。最后，我们发现尘埃减少了质量比$10^{10} M_\odot$（比$\approx -18$ MAB 1600亮）大的星系的电离光子逃逸> 10%，对于我们最大的星系可能高达80-90%。然而，我们发现电离逃逸分数首先是由星系中的中性氢决定的，因为后者产生的传输比单独通过尘埃小100倍。
2023-01-09 astro-ph.CO astro-ph.GA
Escape of ionizing radiation from high redshift dwarf galaxies: role of AGN feedback
虽然低质量的恒星形成星系通常被认为是再电离的主要驱动力，但它们对宇宙紫外线背景的实际贡献仍然不确定，主要是因为电离光子的逃逸分数仅受到很差的限制。理论研究表明，有效的超新星反馈是创造电离辐射可以逃逸到星系际介质的路径的必要条件。我们调查的可能性，吸积超大质量黑洞在早期矮星系可能会提供额外的反馈和增强电离辐射泄漏。我们使用一系列高分辨率的宇宙辐射流体动力学模拟，我们隔离不同的反馈源。我们发现超新星反馈阻止了黑洞的增长，从而淬灭了与之相关的反馈。即使在黑洞可以生长的情况下，星际介质的结构也受到超新星反馈的强烈控制。我们的结论是，在矮星系制度，超大质量黑洞似乎并没有发挥重要作用，提高逃逸分数，并在早期的紫外线背景。
2017-12-15 astro-ph.CO astro-ph.GA
Measuring the properties of reionised bubbles with resolved Lyman alpha spectra
识别和表征再电离气泡使我们能够跟踪它们的大小分布，这取决于主要电离源，以及再电离和星系演化之间的关系。我们证明，光谱分辨$z\gtrsim6$莱曼α（Ly $α$）发射可以约束的再电离区域的属性。具体地，从源到中性区域的距离设置了与系统的最小可观测Ly $α$速度偏移。在Ly $α$共振的蓝色侧上的通量的检测意味着源驻留在大的、充分电离的区域中，光子可以在没有显著共振吸收的情况下逃逸，并且因此约束电离气泡内的大小和残余中性部分。我们估计的范围内的星系周围的区域，这是光学薄的蓝色Ly $α$光子，类似于类星体邻近区，作为源的电离光子输出和周围的气体密度的函数。该光学薄区域的半径通常为$\lesssim 0.3$ pMpc（允许通量的传输为$\gtrsim -250$ km s $^{-1}$），即到中性区域的距离的$\lesssim 20$ %。在概念验证中，我们证明了$z\approx6.6$星系COLA 1-具有蓝色Ly $α$峰-可能位于电离区域$>0.7$ pMpc中，具有剩余中性部分$<10^{-5.5}$。为了电离自己的邻近区域，我们推断COLA 1具有高电离光子逃逸分数（$f_{\mathrm{esc}}>0.50$），相对陡峭的紫外线斜率（$β< -1.79$）和低视线气体密度（$\sim0.5\times$宇宙平均值），这表明它是一种罕见的低密度视线。
2020-09-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
Gas Clumping in Self-Consistent Reionisation Models
我们使用一套宇宙学流体动力学模拟，包括自洽处理不均匀的再电离研究星系外流和光电离加热的星系际介质（IGM）的体积平均复合率的影响。通过结合一个不断发展的电离逃逸分数和莱曼极限系统内的自屏蔽处理，我们已经运行了第一次模拟的“光子饥饿”再电离的情况下，同时再现观测的丰富的星系，光学深度的宇宙微波背景光子τ的电子散射，和有效的光学深度莱曼α吸收z=5。我们证实，电离背景通过平滑适度过密（Δ=1- 100）区域使聚集因子C降低50%以上。与此同时，资金外流只会温和地增加聚集。电离气体的聚团因子比整个重子的聚团因子低得多，因为最高密度的气体是自屏蔽的。如果再电离将气体加热到10，000 K以上，则光电离加热进一步抑制再结合。考虑到我们最真实的模拟中的两种效应，C<1 at z>在z=6时从10上升到3.3。我们表明，将温度和电离校正成团因子的分析再电离模型重现数值模拟的τ在10%以内。最后，我们探讨有多少电离光子被吸收的过程中加热灯丝考虑的总光子成本的再电离的分析模型，假设IGM是在不同的红移加热。对于9- 10的再电离红移，冷灯丝使再电离光子预算增加~1个光子/氢原子。
2012-09-12 astro-ph.CO
Impact of Population III homogeneous stellar evolution on early cosmic reionisation
背景：人口III（流行III）明星可能会快速旋转。快速旋转的一个预期结果是强烈的内部混合，这深刻影响了它们在赫兹-罗素图中的进化轨迹，从而影响了它们的电离能力。目标：我们调查的电离功率的波普III星内部混合的极端情况下，导致化学均匀的演变（CHE）的影响。在这种情况下，在主序星阶段，恒星从中心到表面保持相同的化学成分。均匀恒星比非均匀演化的恒星具有更高的有效温度和光度，因此是更强的电离源。方法：恒星演化模型基于氢质量分数随时间变化的$n=3$多面体。电离模型采用了Shu等人（2002）的自相似香槟流解，以及在红移和晕质量网格上对星团进行随机处理的数值模拟。结果如下：我们发现，含有化学均匀的恒星晕有一个逃逸分数的电离光子约两倍的晕包含经典的流行III星。通过外推的高$z$电离历史供电的Pop III星（在$z\gtrsim 15$）的后再电离时代，我们推导出汤姆逊散射光学深度$τ$，这是比较测量值由$\textit{Planck}$。我们发现，$τ$是过度生产的$\sim1.5- 5σ$，当所有的流行III恒星均匀演化。这表明CHE不太可能在大多数Pop III恒星中实现，尽管目前的研究不能排除其中一小部分经历CHE。结论：快速旋转可能对Pop III恒星的电离预算产生重大影响，从而对早期宇宙再电离产生重大影响。
2022-11-07 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
Dwarf Galaxies with Ionizing Radiation Feedback. I: Escape of Ionizing Photons
我们描述了一种新的方法来模拟电离辐射和超新星反馈的类似物的低红移星系盘。在这种方法中，我们称之为恒星形成分子云（SFMC）粒子，我们使用射线跟踪技术来解决辐射转移方程的紫外光子发射的数千个不同的粒子在飞行中。结合3.8pc的高数值分辨率，对恒星反馈的真实描述有助于自我调节恒星的形成。这种新的反馈方案也使我们能够研究电离光子从恒星形成团和星系中的逃逸，并研究恒星形成气体团的演化环境。通过模拟2.3e11Msun晕中的银盘，我们发现在2000万年的时间里，旋臂上所有辐射源（不包括中心2.5kpc）的平均逃逸分数在0.08%~ 5.9%之间波动，平均值为1.1%。从这些源逃逸的光子通量并不强烈，但表现出一个大的开角超过60度的银根极。此外，我们研究了每个SFMC粒子的逃逸分数f_esc（i），以及它如何随着粒子年龄的变化而演变。我们发现，平均逃逸分数f_esc由少数具有高f_esc（i）的SFMC粒子控制。平均而言，SFMC粒子的逃逸分数从其诞生时的0.27%上升到粒子寿命结束时的2.1%，6百万年。这是因为SFMC粒子从它们诞生的致密气体团中漂移出来，并且因为恒星形成团周围的气体被电离辐射和超新星反馈分散。在这项研究中建立的框架带来了更深入的了解光子逃逸分数的物理从一个单独的恒星形成的团块，从星系盘。
2018-03-09 astro-ph.CO astro-ph.GA
Evidence for a low Lyman Continuum Escape fraction in three Massive, UV-bright galaxies at z > 7
虽然低质量恒星形成星系是再电离过程的主要候选者，但我们不能最终排除高质量恒星形成星系作为候选者。虽然大多数模拟表明前者是最好的候选者，但一些模型表明，在z > 6的大质量，紫外线明亮的星系-“寡头”-至少占电离预算的80%。为了验证这一假设，我们在档案数据中以z > 7处的大质量（log 10（M*[Msol]）> 10）、UV亮（MUV ~ -22）Lya发射体为目标，这些发射体是用类似分辨率的光谱仪（VLT/X-shooter和Keck/MOSFIRE）观察到的。为了增加我们结论的可靠性，我们将所有光谱叠加，并获得24.75小时的深度叠加光谱。堆叠的Lya曲线显示出明显的不对称红色峰，并且不存在蓝色峰。此外，我们估计的内在堆叠的Lya配置文件，我们的目标通过校正IGM传输使用一系列的中性氢馏分，发现没有显着变化的配置文件。我们测量到速度偏移Vred > 300 km/s，并且在我们的红色峰A ~3中测量到不对称性。利用不同的模型和估计，如峰分离，红峰的不对称性，Lya和Hb之间的比率和β斜率，我们得出结论，这三个UV明亮，质量（10^10 Msol），z > 7星系的逃逸分数为fesc（LyC）<10%。
2023-01-09 astro-ph.CO astro-ph.GA
An Ionization Cone in the Dwarf Starburst Galaxy NGC 5253
关于电离光子从星暴星系逃逸如何取决于星系参数，几乎没有观测限制。在这里，我们报告的第一个主要检测的电离锥在NGC 5253，附近的星暴星系。利用Las Campanas天文台的Maryland-Magellan可调谐滤波器拍摄的[S III] lambda 9069、[S II] lambda 6716和H_alpha窄带图像，通过绘制星系的发射线比率图来确定这种高激发特征。电离锥在光学上看起来很薄，这暗示了电离光子的逃逸。锥状的形态很窄，估计立体角仅覆盖4pi球面度的3%，而年轻的大质量核星爆星团可以很容易地产生覆盖锥状所需的辐射。虽然可能性较小，但我们不能排除活动星系核来源被遮蔽的可能性。沿短轴的阶梯光谱显示出与外流活动相一致的复杂运动学。电离锥的狭窄形态支持的情况下，在检测从星爆和莱曼break星系莱曼连续辐射的困难的方向偏差。
2011-09-28 astro-ph.CO
Directional Lya equivalent boosting I. Spherically symmetric distributions of clumps
我们量化了Lyman- $α$（Ly $α$）和非电离紫外连续光子从多相介质中的逃逸分数的方向依赖性，并研究了Ly $α$等效宽度（EW）是否存在方向增强。我们的多相介质由球对称分布的冷，尘埃团块嵌入在一个热的无尘介质。我们关注Laursen等人（2013）分析的三个模型。我们发现，对于一个Ly $α$和紫外连续点源，它是可能的，找到一个EW的提升$b(θ,ϕ) > 5 \bar{b}$在百分之几的视线，其中$\bar{b}$表示在所有光子的平均提升。对于空间扩展的源，当紫外线发射区域的大小超过冷尘埃团之间的平均距离时，这种方向依赖性很快消失。我们的分析表明，定向EW助推可以发生，这主要是由减少逃逸分数的UV光子（这会引起UV-连续“阴影”），并由于增强的LY $α$逃逸分数（或光束），在某些方向。
2014-08-29 astro-ph.CO astro-ph.GA
A kinematic study of the irregular dwarf galaxy NGC 4861 using HI and Halpha observations
上下文由大质量恒星注入的动能提供动力的外流可以强烈影响星系的化学演化，特别是矮星系，因为它们较低的引力势增加了星系风的机会。目标。因此，我们在附近的恒星形成不规则矮星系NGC 4861的中性和电离气体成分进行了详细的运动学分析。与最近发表的对NGC 2366的研究类似，我们希望对该气体的命运做出预测，并讨论有关该星系的一些一般问题。方法.上普罗旺斯天文台的1.93米望远镜获得了以H α线为中心的法布里-珀罗干涉仪数据。它们由来自VLA的HI合成数据补充。我们对Halpha和HI发射线进行了高斯分解，以搜索指示流出气体的多个组分。将探测到的流出物的膨胀速度与NGC 4861的逃逸速度进行比较，后者是用伪等温晕模拟的。结果在Halalpha和HI中，星系都显示出几个流出，三个直接连接到盘，可能形成超巨星壳的边缘，一个在距离盘kpc的地方。我们测量了20到30公里/秒的速度偏移，这与星系的逃逸速度相比很低，因此最大限度地减少了星系风的机会。
2009-07-27 astro-ph.CO
Epoch of Reionisation 21cm Forecasting From MCMC-Constrained Semi-Numerical Models
最近普朗克（2016）积分光学深度与汤姆逊散射的低值表明，再电离发生得相当突然，不利于扩展再电离场景。这将对21 cm功率谱产生重大影响。使用半数值框架，我们改进了Hassan等人（2016）的模型，以包括时间积分电离和重组效应，并发现这会导致更突然的再电离。它还产生更大的HII气泡，这导致大尺度上的21 cm功率增加一个数量级，同时抑制小尺度电离功率。中性氢密度的局部波动在大尺度上提高21厘米功率谱中起主导作用，而重组是次主导作用。我们使用蒙特卡罗马尔可夫链方法将我们的模型约束到Bouwens等人（2015）在z = 6，7，8处的恒星形成率函数，普朗克（2016）光学深度测量以及Becker & Bolton（2013）在z~5处的电离发射率数据。然后，我们使用这个约束模型进行21厘米预测LOFAR，HERA和SKA，以确定如何以及这些数据可以隐藏驱动再电离的来源。我们发现，21厘米的功率谱单独可以在一定程度上约束电离源的晕质量依赖性，光子逃逸分数和电离振幅，但结合21厘米的数据与其他电流观测使我们能够单独约束所有这些参数。我们的框架说明了如何21厘米的数据可以发挥关键作用，在理解的来源和拓扑结构的再电离观测改善。
2017-03-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
The nature of luminous Lyman-alpha emitters at z~2-3: maximal dust-poor starbursts and highly ionising AGN
深窄带巡天观测揭示了遥远宇宙中存在大量微弱的莱曼α（Lya）发射体（LAEs），但对最明亮的光源（$L_{Lyα}>10^{42.7}$ erg/s; $L_{Lyα}>L^*_{Lyα}$）却知之甚少。在这里，我们提出的光谱跟踪的21个发光LAE在z~2-3发现全景窄带调查超过五个独立的河外领域（~ 4x 10 $^6$ Mpc $^{3}$调查在z~2.2和z~3.1）。我们使用WHT/ISIS，Keck/DEIMOS和VLT/X-SHOOTER使用高电离紫外线来研究这些源。在z~2-3处发光的LAE具有蓝色UV斜率（$β=-2.0^{+0.3}_{-0.1}$）、高的Lya逃逸分数（$50^{+20}_{-15}$ %）和跨越5个数量级的UV光度（$M_{UV}\approx-19$至-24）。许多（70%）显示出至少一条高电离静止框架紫外线，如CIV、NV、CIII]、HeII或OIII]，通常相对于Lya蓝移约100-200 km/s。它们的Lya剖面显示出各种各样的形状，包括显著的蓝移分量和200至4000 km/s的宽度。总的来说，60+-11%似乎是活动星系核占主导地位，在$L_{Lyα}>10^{43.3}$ erg/s和/或$M_{UV}<-21.5$，几乎所有LAE都是活动星系核，具有高电离参数（log U=0.6+-0.5），金属丰度约为0.5-1 Zsun…
2018-03-22 astro-ph.CO astro-ph.GA
Dissecting Reionisation with the Cosmic Star Formation and Active Galactic Nuclei Luminosity History
研究通过分析恒星和活动星系核的光度历史，发现恒星和AGN共同作用才能实现再电离，且逃逸分数在不同红移下有特定范围。
2025-11-27 astro-ph.CO astro-ph.GA
A kinematic study of the neutral and ionised gas in the irregular dwarf galaxies IC 4662 and NGC 5408
节录。大质量恒星与星际介质之间的反馈是矮星系演化中最重要的过程之一。这种相互作用导致了在这些星系的盘和晕中发现的许多中性和电离气体结构。然而，它们的起源和命运仍然知之甚少。本文介绍了两个邻近的不规则矮星系IC 4662和NGC 5408的新的HI和光学数据。HI线数据是通过ATCA获得的，是当地HI体积调查的一部分。它们由ESO NTT和ESO 3.6米望远镜获得的光学图像和光谱数据补充。我们的主要目的是研究中性和电离气体成分的运动学，以寻找流出的气体结构，并预测它们的命运。我们发现这两个星系的HI气体信封远远超出了光盘。光盘嵌入到中央HI最大的两个星系。然而，更高分辨率的HI图显示HI强度峰通常偏离突出的HII区域。虽然NGC 5408显示了一个相当规则的HI速度场，这使我们能够推导出旋转曲线，但IC 4662揭示了一个相当扭曲的HI速度场，可能是由最近的合并事件引起的。我们检测流出的速度在20和60公里/秒之间，在我们的Halpha光谱的两个星系，有时与HI对应的类似速度。我们认为存在膨胀的超级气泡，特别是在NGC 5408中。这也得到了Halpha中高达70 km/s的FWHM检测的支持。在NGC 5408的情况下，我们将我们的结果与星系的逃逸速度进行了比较，这表明在所有情况下测量的膨胀速度都太低，以至于气体无法从NGC 5408的引力势中逃逸。这一结果与对其他矮星系的研究一…
2010-04-27 astro-ph.CO
The Synchrony of Production & Escape: Half the Bright Ly$α$ Emitters at $z\approx2$ have Lyman Continuum Escape Fractions $\approx50\%$
恒星形成星系的电离光子逃逸分数（LyC $f_{\rm{esc}}$）是再电离预算中最大的未知数。随机视线效应禁止直接分离的LyC泄漏从非泄漏在显着的红移。在这里，我们规避这种不确定性推断$f_{\rm{esc}}$与解决（R>4000）LyA配置文件从X-SHOOTER LyA调查在z=2（XLS-z2）。我们从$>0.2 L^{*}$ LyA发射体（LAE）的代表性样本中选择泄漏物（$f_{\rm{esc}}>20$ %）和非泄漏物（$f_{\rm{esc}}<5$ %）。这些子集的中值堆叠光谱覆盖1000-8000 μ m（静止帧），我们调查的条件为LyC $f_{\rm{esc}}$。我们发现泄漏与非泄漏之间的以下差异：（i）强星云CIV和HeII发射与未检测到，（ii）O32~8.5与~3，（iii）Ha/Hb表明无尘埃与E（B-V）~0.3，（iv）MgII发射接近系统速度与红移，光学厚MgII，（v）LyA $f_{\rm{esc}}$ ~50%与~ 10%。当最硬电离光谱的短寿命恒星发光时，泄漏点（O3+Hb~1100 μ m）的极端EW将LyC逃逸的特征时间尺度限制在~3-10 Myr爆发。泄漏的定义特征-极端电离的恒星种群，低柱密度，无尘，高电离态ISM -同时发生在$f_{\rm{esc}}>20\%$堆栈中，这表明它们是因果联系的，并激发了为什么像O32这样…
2021-10-22 astro-ph.CO astro-ph.GA
Theoretical predictions for the effect of nebular emission on the broad band photometry of high-redshift galaxies
通过将哈勃太空望远镜的光学和近红外观测与斯皮策太空望远镜的近红外测光相结合，可以测量z=4-8的星系的静止框架紫外光学颜色。恒星形成主导星系的紫外光谱能量分布是几种不同因素的结果。这些包括恒星质量、年龄和金属丰度的联合分布，以及随后在ISM中由尘埃和气体进行的再加工。利用一个大的宇宙流体动力学模拟，我们调查的预测光谱能量分布的星系在高红移，特别强调评估星云发射的潜在贡献。我们发现，平均纯恒星的紫外光学颜色与光度和红移，使星系在较低的红移和较高的光度通常是红色的。假设电离光子的逃逸分数接近于零，星云发射的效果是使紫外光学1500-V_w颜色变红，平均从z=8时的0.4等下降到z=4时的0.25等。年轻和低金属量的恒星星族，通常具有更蓝的纯恒星紫外光学颜色，产生更大的电离光度，因此更强烈地受到星云发射的红化效应的影响。这使得1500-V_w色的分布变窄，亮度和红移的趋势减弱。星云发射的强烈效应使得双标架的颜色对源红移非常敏感。例如，将红移增加0.1可以导致观察到的帧颜色变化高达~0.6。这些预测加强了需要包括星云发射时，在高红移星系的光谱能量分布建模，也突出了难以解释所观察到的颜色的个别星系没有精确的红移。
2013-08-28 astro-ph.CO
Evidence of very low metallicity and high ionization state in a strongly lensed, star-forming dwarf galaxy at z=3.417
我们调查的气相金属丰度和莱曼连续体（LyC）逃逸分数的强引力透镜，极端发射线星系在z=3.417，J1000+ 0221 S，最近发现的CANDELS团队。我们从H+K波段LBT/LUCI中分辨率光谱中获得电离和金属丰度敏感的发射线比。J1000+ 0221 S显示出高电离条件，如其增强的[OIII]/[OII]和[OIII]/H β比率所证明的。一致地，基于可用线比率的强线方法表明，J1000+ 0221 S是一个极贫金属的星系，金属丰度为12+log（O/H）< 7.44（< 5%太阳能），使其成为迄今为止发现的z > 3的最贫金属的恒星形成星系之一。结合它的低恒星质量（2 × 10^8 Msun）和高恒星形成率（5 Msun/yr），J1000+ 0221 S的金属丰度与莱曼破裂星系在z > 3时追踪的质量-金属丰度关系外推到低质量的结果一致，但它比z < 2.5时基本金属丰度关系预测的结果低0.55 dex。这些观测结果显示了一个快速增长的星系的图像，可能是由原始气体的大量吸积提供的。此外，深LBT/LBC在UGR带被用来获得限制的LyC逃逸分数，从而使我们能够探索的第一次制度的sub-L* 星系在z > 3。我们发现逃逸分数的1 sigma上限为23%，这为最近的理论模型增加了一个新的观测约束，预测在高z的sub-L* 星系具有高逃逸分数，因此是宇宙reioization…
2014-03-25 astro-ph.CO astro-ph.GA
How to Quench a Dwarf Galaxy: The Impact of Inhomogeneous Reionization on Dwarf Galaxies and Cosmic Filaments
我们使用SPHINX套件的高分辨率宇宙辐射流体动力学模拟研究如何在空间和时间上不均匀的再电离影响的重子内容的矮星系和宇宙细丝。SPHINX模拟同时模拟了非均匀再电离，遵循从数千个星系中逃逸的电离辐射，并解决了远低于原子冷却阈值的晕。这使它们成为研究再电离如何影响恒星形成和矮星系气体含量的理想工具。我们比较模拟和没有恒星辐射隔离的辐射反馈的影响，超新星，宇宙膨胀，和数值分辨率。我们发现，宇宙细丝的气体含量可以减少80%以上的再电离。气体流入率与$M_{vir}<10^8M_{\odot}$的晕强烈的影响，并减少了一个数量级以上的模拟相比，没有再电离。晕质量$M_{vir}<7\times10^7M_{\odot}$的气体流出率显着增加。我们的模拟结果表明，流入抑制，而不是光蒸发，是占主导地位的机制，高红移矮星系的重子含量的调节。在固定的红移和晕质量，有一个大的散射在晕重子分数，这是完全由在周围的一个晕，可以改变$Δz>3$在固定的质量的局部区域的再电离的时间决定。最后，虽然高红移矮星系的气体含量受到再电离的显著影响，但我们发现大多数具有$M_{vir}<10^8M_{\odot}$的晕在再电离后很长时间内仍能保持自屏蔽并形成恒星，直到它们的本地气体库耗尽，这表明本星系群矮星系不一定表现出在$z=6$之前达到峰值的恒星形成历史。
2020-02-26 astro-ph.CO astro-ph.GA
Fluctuating feedback-regulated escape fraction of ionizing radiation in low-mass, high-redshift galaxies
低质量星系被认为提供了宇宙再生所需的大部分电离辐射。逃离星系的光子数量在理论上没有得到很好的限制，也很难通过观测来测量。然而，它是再电离模型的一个基本参数。我们详细研究了电离辐射如何从高红移星系泄漏。为此，我们使用了一系列高分辨率的辐射流体动力学模拟，在宇宙学背景下放大三个矮星系。我们发现，从超新星爆炸的能量和动量输入有一个调节逃逸分数的关键作用，通过破坏致密的恒星形成团块，并清除在晕视线。在没有超新星的情况下，光子被吸收得非常局部，在大质量恒星的诞生云中。我们遵循逃逸分数的时间演化，并发现它可以变化超过六个数量级。这解释了先前研究发现的逃逸分数值的大分散性。这种快速的变化也影响了再电离源的可观测性：即使像$M_{\rm UV} = -14$这样深的调查也会错过大约一半的莱曼连续辐射源。
2017-05-02 astro-ph.CO astro-ph.GA
The impact of an evolving stellar initial mass function on early galaxies and reionisation
本研究将随红移和金属丰度演化的偏重端恒星初始质量函数（IMF）纳入Astraeus框架，发现演化IMF虽改变星系性质与电离光子逃逸特征，但因更强恒星反馈抵消了质量-光度比优势，无法单独解释JWST观测到的z>10亮星系高丰度。
2024-03-25 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Birth of a Galaxy - III. Propelling reionisation with the faintest galaxies
来自星系的星光在整个宇宙再电离过程中起着关键作用。我们利用宇宙辐射流体力学模拟，从星族III祖先开始，对质量高达10^9太阳质量的晕中z > 7的矮星系的性质进行了统计。我们发现，富含金属的恒星的形成并不局限于原子冷却（$T_{\rm vir} \ge 10^4$ K）晕，而是可以发生在质量低至10^6太阳质量的晕中，特别是在中性区域。尽管这些最小的星系中只有10^4太阳质量的恒星，但它们提供了近30%的电离光子预算。我们发现星系光度函数在M_UV ~-12以上是稳定的，而在z < 10时数密度不变。逃逸到星系际介质中的电离辐射的比例与晕质量成反比，在质量范围$\log M/M_\odot = 7.0-8.5$内从50%下降到5%。使用我们的星系统计的半解析再电离模型，我们发现汤姆逊散射光学厚度与最新的普朗克结果相一致，同时仍然是一致的，在z = 4-6的Ly $α$森林观测提供的紫外线发射率的限制。
2014-05-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
Reionisation in sterile neutrino cosmologies
我们调查的再电离过程中的模型，其中暗物质是一个温暖的基本粒子，如无菌中微子。我们专注于模型是一致的暗物质衰变的解释最近检测到的线在3.5千电子伏的星系和星系团的X射线光谱。在暖暗物质模型中，密度扰动的原始谱在矮星系尺度上有一个截止点。因此，结构的形成开始晚于标准的冷暗物质（CDM）模型，并且很少有物体在截止质量尺度以下形成。为了计算电离光子的数量，我们使用达勒姆半解析模型的星系形成，GALFORM。我们发现，即使是最极端的7千电子伏不育中微子，我们认为是能够重新电离宇宙早到足以兼容的边界上的时代从普朗克重新电离。这一结果也许令人惊讶，因为在无菌中微子模型中高红移星系的快速积累，这也反映在它们的远紫外光度函数在$10>z>7$之间比在CDM中演化得更快。在无菌中微子模型中，电离光子的主要来源系统地比CDM中的质量更大。作为对模型的一致性检验，我们计算了类银河系卫星星系的现今光度函数。考虑到DES调查中最近发现的卫星，对可行的无菌中微子模型提出了强有力的限制。
2016-05-10 astro-ph.CO astro-ph.GA
Another baryon miracle? Testing solutions to the "missing dwarfs" problem
矮星系的缺乏，在当地的宇宙是很难调和的大量低质量的晕内的一致性$Λ$ CDM范式的预期。在本文中，我们进行了系统的评估的不确定性影响测量的DM晕丰度使用星系运动学。使用一个大样本的矮星系的空间分辨的运动学数据，我们推导出一个修正，以获得观测到的丰富的星系作为其晕最大圆速度的函数，从视线的速度函数在本地体积。这种估计提供了一种直接的方法来比较理论模型和模拟（包括非标准宇宙学和新的星系形成物理学）的预测与观测约束。新的“银河系$V_{max}$“函数比视线速度函数更陡，但仍然比理论CDM预期的要浅，表明一些未考虑的物理过程是必要的，以减少星系的丰度和/或大幅修改其密度分布相比，CDM晕。使用这个新的银河$V_{max}$功能，我们调查的重子解决方案，如反馈供电的外流和光蒸发的气体从电离辐射背景的可行性。在3- $σ$置信水平下，能量反馈和光蒸发都不足以有效地调和不一致。在最大重子效应的情况下，理论估计仍然与$V_{max} < 60$ km/s的观测值有很大的偏差。CDM预测至少有1.8倍以上的星系与$V_{max} = 50$公里/秒和2.5倍以上的观测在$30$公里/秒。最近的流体动力学模拟似乎解决了这种差异，但不同意所观察到的星系与解决运动学的属性。（节略）
2017-09-12 astro-ph.CO astro-ph.GA
