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
Determination of z~0.8 neutral hydrogen fluctuations using the 21 cm intensity mapping auto-correlation
宇宙中中性氢的大尺度分布将通过其21厘米的发射而发光。在这里，我们第一次使用21 cm强度波动的自功率谱来约束z~0.8处的中性氢波动。我们的数据是用绿岸望远镜获得的，在两个总共约41度的视场上跨越了红移范围0.6 < z < 1。平方和190小时的无线电集成时间。占主导地位的同步加速器前景超过信号约10^3，但自由度较少，可以有效地去除。即使在存在剩余前景的情况下，自动功率仍然可以被解释为21 cm信号的上限。我们以前的测量21厘米的强度和WiggleZ星系调查的互相关提供了一个下限。通过信号和前景的贝叶斯处理，我们可以将自动和交叉功率中的两个场组合成Omega_HI b_HI = [0.62^{+0.23}_{-0.15}] * 10^{-3}的测量值，置信度为68%，系统校准不确定度为9%，其中Omega_HI是中性氢（HI）分数，b_HI是HI偏差参数。我们描述了目前数据集的观测挑战和克服这些挑战的计划。
2013-06-27 astro-ph.CO
Is Centaurus A special? A neutral hydrogen perspective
由于接近，属于半人马座A的中性氢可以以高分辨率和良好的灵敏度观察到。这允许详细研究形态学和运动学，以了解这个射电声源的演变（例如合并历史，活动星系核活动）。与此同时，重要的是将结果与其他同类来源（即一般的早型星系，特别是射电星系）进行比较，以了解半人马座A如何融入早型/射电星系演化的全球图像。HI的量，形态的翘曲盘HI云周围的磁盘和定期的运动学的内部部分HI盘是不寻常的早期型星系。越来越多的证据表明，合并不一定是活动星系核活动的原因，这与观测结果相吻合，即半人马座A最近的合并事件与当前的活动阶段无关。基于这些结果，我们得出结论，半人马座A具有典型的中性氢性质的早期型和射电星系，因此，它可以-从HI的角度来看-被视为其类的一个典型例子。
2009-10-22 astro-ph.CO
Near term measurements with 21 cm intensity mapping: neutral hydrogen fraction and BAO at z<2
它表明，21厘米强度映射可以在短期内使用，使宇宙学有用的测量。大尺度结构可以用现有的射电望远镜或专用的红移巡天望远镜的原型来探测。这将提供平均中性氢密度的测量，使用红移空间扭曲来打破线性偏置的简并性。我们发现，在绿岸望远镜上仅用200小时的观测时间，就可以在红移0.54<z<1.09处测量到25%的中性氢密度。这与目前的测量相比是有利的，使用独立的技术，并将解决对影响星系形成研究的一个重要参数的争议。此外，4000小时的巡天将允许探测到重子声学振荡，给出3.5%精度的宇宙学距离测量。这些观测时间的要求可以大大减少与多个像素接收器的建设。类似的结果是可能的，使用原型的专用圆柱形望远镜在月的时间尺度，或SKA探路者孔径阵列在天的时间尺度。这样的测量有望提高我们对这些量的理解，同时为未来几代的氢调查开辟道路。
2010-05-04 astro-ph.CO
Dark Matter searches through cross-correlations of gamma rays with neutral-hydrogen intensity mapping
在这项工作中，我们得到了第一个理论预测的交叉相关信号之间的未解决的伽玛射线背景和21厘米线起源的自旋翻转跃迁的中性氢原子，通过将伽马射线空间望远镜{ \it Fermi}-LAT和下一代射电望远镜平方公里阵列（SKA）及其前身MeerKAT作为基准实验，cm发射。在暗物质（DM）参数空间中可达到的边界被设想为已经与组合{ \it费米}-LAT $\times$ MeerKAT竞争，但是SKA将允许更深地探测高达130 GeV的热DM粒子。未来的伽马射线探测器具有更好的角分辨率和更大的曝光与未分级的射电望远镜将有可能探测DM候选人的热湮灭截面和质量高达TeV的规模。
2020-01-08 astro-ph.CO
Synchrotron emission and neutral hydrogen in the simulated cosmic web
我们提出了ENZO宇宙学模拟运动的第一个结果，目标是宇宙网络的冲击和中性部分，由INAF-CINECA协议提供的超级计算设施。
2020-10-05 astro-ph.CO astro-ph.GA
Studying neutral hydrogen structures during the epoch of reionization using fractal dimensions
分形维数可以用来表征密度分布中的聚集性和空隙性。本文用广义分形维数研究了再电离阶段中性氢的分布。利用电离气泡的半数值模型来产生HI场，我们计算了长度尺度$\sim 10 h^{-1}$ cMpc的分形维数。我们发现，HI场显示出显着的多重分形行为，是不一致的，在这些尺度上的均匀性时，质量平均中性分数$\bar{x}_{\rm HI}^M \gtrsim 0.5$。这种多重分形性质完全是由电离区域的形状和分布驱动的。分形维数对中性分数的敏感性意味着它可以用来约束再电离历史。我们发现，当电离晕的最小质量在$\sim 10^9 - 10^{10} h^{-1} M_{\odot}$范围内时，分形维数对电离晕的最小质量值的敏感性相对较低。有趣的是，分形维数是非常不同的，当再电离进行由内而外相比，当它是由外向内。因此，高红移HI密度场的多重分形性质可以用来研究再电离的性质。
2016-12-20 astro-ph.CO
HInet: Generating neutral hydrogen from dark matter with neural networks
即将进行的21厘米巡天将绘制宇宙中性氢（HI）在非常大的宇宙学体积上的空间分布。为了最大限度地提高这些调查的科学回报，需要准确的理论预测。流体动力学模拟目前是最准确的工具，以提供这些预测在温和的非线性制度。不幸的是，它们的计算成本非常高：数千万CPU小时。我们使用卷积神经网络来找到来自N体模拟的物质空间分布与来自最先进的流体动力学模拟IllustrisTNG的HI之间的映射。我们的模型比广泛使用的理论模型：Halo Occupation Distribution（HOD）的所有统计特性的非线性尺度$k\lesssim1$ h/Mpc更好。我们的方法允许在非常大的宇宙学体积上产生21厘米的模拟，具有与流体动力学模拟相似的性质。
2021-07-27 astro-ph.CO
Modeling The Large Scale Bias of Neutral Hydrogen
我们提出了新的分析估计中性氢（HI）的大规模偏见。我们使用一个简单的，非参数模型单调相关的总质量晕M_tot与HI质量M_HI在零红移;对于较早的时候，我们假设限制模型的HI密度演化与目前可用的数据一致，以及两个主要的情况下，我们的M_HI-M_tot关系的演变。我们发现，无论是线性和第一非线性偏置项表现出强烈的红移的演变，随着时间的推移，无论特定的限制模型假设的H I密度。这些分析预测，然后显示与千年模拟进行的测量是一致的。此外，我们表明，这种强偏置的演变不会明显影响HI功率谱的测量。
2010-06-29 astro-ph.CO
Constraining a halo model for cosmological neutral hydrogen
我们描述了一个组合的晕模型来约束中性氢（HI）在后再电离宇宙中的分布。我们结合约束条件，从各种探头的HI在不同的红移：低红移21厘米发射线调查，强度映射实验在中间的红移，和阻尼莱曼α（DLA）的观测在较高的红移。我们使用马尔可夫链蒙特卡罗（MCMC）的方法来结合的意见，并在模型中的自由参数的限制。我们的最佳拟合模型涉及中性氢质量$M_{\rm HI}$和晕质量$M$之间的关系，具有非单位斜率，以及上限和下限截止值。我们发现，该模型适合所有的观测值，但导致预测不足的偏置参数的DLAs在$z \sim 2.3$。我们还发现了一个可能的张力之间的HI柱密度分布和质量函数的HI选择星系在$z\sim 0$的迹象。我们提供的最佳拟合模型的参数的中心值，因此派生。给出了暗物质晕中HI浓度参数演化的拟合形式，并讨论了HI-晕质量关系的红移演化.
2016-10-18 astro-ph.CO
Complete ionisation of the neutral gas: why there are so few detections of 21-cm hydrogen in high redshift radio galaxies and quasars
从第一次发表的z > 3射电星系和类星体宿主内21厘米吸收的调查中，我们发现在高红移处明显缺乏冷中性气体。从测光的详细分析，每个对象被发现有超过L ~ 1 e23 W/Hz，一个临界值以上的21厘米从未被检测到在任何红移1216 A连续光度。在这些波长和以下，氢被激发到高于基态，使得它不能吸收21-cm。为了应用光电离平衡方程，我们证明了这个临界值也适用于电离（< 912 A）辐射。我们用它来表明，对于各种气体密度分布，当将类星体放置在气体星系内时，总是有一个紫外线光度，高于该光度，星系中的所有气体都被电离。在这种状态下，氢不能被探测到，也不能参与恒星的形成。应用平均电离光子率的所有来源的搜索，我们发现，使用正则值的气体密度和重组率系数，所观察到的临界光度给出了一个尺度长度（3千秒差距）类似的中性氢（HI）在银河系中，一个大的螺旋星系。因此，这个简单的，但物理动机，模型可以解释临界光度，超过中性气体是检测不到的。这表明这些星系可能缺乏恒星形成物质，而不是由于当前射电望远镜的灵敏度限制而无法检测到21厘米。
2012-10-09 astro-ph.CO
Contribution of Cross-Correlations to the 21cm Angular Power Spectrum in the Epoch of Reionization
中性氢21厘米超精细跃迁的测量为再电离时代和黑暗时代提供了独特的探测手段。三个主要的机制被认为是主导辐射过程：从第一个星系和/或类星体的电离气泡周围的中性氢发射，从迷你晕内的中性氢发射，以及对宇宙微波背景的扩散中性氢的吸收。在目前的工作中，通过简单地结合现有的三种机制的分析模型，我们调查这三个组件之间的互相关的贡献，总的21厘米角功率谱，在这个意义上说，中性氢与不同的辐射过程跟踪的大尺度结构的底层密度扰动。虽然包含互相关后的21 cm功率谱几乎保持不变，但在红移z~20处，21 cm辐射从发射主导相位过渡到吸收主导相位期间，互相关可能在21 cm功率谱的确定中起关键作用。预计在此过渡期间的21厘米角功率谱的显着抑制扩散中性氢的吸收和发射组件之间的互相关的负贡献的结果。因此，准确地预测宇宙21厘米功率谱应该考虑互相关，特别是在过渡阶段。
2009-11-24 astro-ph.CO
Modelling the cosmic neutral hydrogen from DLAs and 21 cm observations
我们回顾了文献中的分析处方模型的21厘米（发射线调查/强度映射实验）和阻尼莱曼-阿尔法（DLA）的中性氢（HI）在后再电离宇宙的观测。虽然这两套处方通常分别适用于两个探头，我们试图连接这些方法来探索的后果，跨红移的HI的分布和演变。我们发现，一个物理上的动机，21厘米为基础的处方，扩展到占DLA观测提供了一个很好的适合大多数的可用数据，但不能容纳最近的测量在$z \sim 2.3$的DLAs的集群。这突出了DLA偏置和21厘米测量之间的紧张关系，除非在红移0-3之间的HI轴承系统的性质有非常显着的变化。我们讨论了我们的研究结果的特点主机晕质量的DLAs和功率谱的21厘米强度波动的影响。
2016-02-16 astro-ph.CO
The effect of finite halo size on the clustering of neutral hydrogen
再电离后21厘米强度测绘实验的目标是暗物质晕中中性氢（HI）的谱线。根据晕模型，这些离散的晕跟踪连续的暗物质密度场到一定的尺度，这取决于晕的物理尺寸。晕圈的物理尺寸定义了一个排除区域，该区域在HI的统计特性上留下印记。我们展示了如何排除由于有限的晕大小的影响HI功率谱的效果，与由回溅半径给定的主机晕的物理边界。最重要的是，我们表明，出现在功率谱的零动量极限的白噪声样功能是完全取消时，考虑到有限的晕的大小。这种抵消作用实际上适用于所有暗物质密度场的示踪物，包括星系。此外，我们表明，排除由于有限的晕大小导致一个亚泊松噪声签名在大尺度上，从N体模拟的结果一致
2021-06-08 astro-ph.CO
The GMRT-EoR Experiment: A new upper limit on the neutral hydrogen power spectrum at z~8.6
我们提出了一个新的上限的21厘米功率谱的再电离时期（EoR），约束再电离模型与未加热的IGM。GMRT-EoR实验是对21 cm中性氢在红移z~9处发射的功率谱进行统计探测的一项正在进行的工作。来自这种红移的数据限制了EoR的模型，EoR是黑暗时代的结束，因为第一个明亮的紫外线源，可能是恒星或小型类星体。我们从2007年12月在印度的巨型米波射电望远镜大约50小时的观测结果。我们描述了射频干扰（RFI）定位方案，该方案允许地面上的亮源被识别和物理去除，除了自动标记。奇异值分解用于通过识别具有大特征值的地面源来去除剩余的宽带RFI。使用分段线性滤波器对前景进行建模，并且使用前景减去图像的互相关来测量功率谱。
2010-12-15 astro-ph.CO
Unveiling dark energy properties with high-sensitivity cross-correlations of neutral hydrogen intensity mapping and galaxy surveys
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）
研究利用中性氢强度映射与星系巡天交叉相关性揭示暗能量特性，通过模拟未来低红移氢原子观测和窄带光学巡天，获得交叉功率谱并进行贝叶斯分析推断宇宙学参数，为21厘米强度映射的宇宙学研究提供重要方法。
2026-07-22 astro-ph.CO
Measurement of All-sky Neutral hydrogen Absorption Spectrum (MANAS)
California Institute of Technology（加州理工学院）；Arizona State University（亚利桑那州立大学）；University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）
研究旨在测量宇宙黎明的天空平均红移21厘米信号，核心方法是结合多种设备并制定误差预算，主要贡献是能量化如天空、电离层等系统误差对21厘米实验的影响。
2026-07-28 astro-ph.CO
Neutral hydrogen in the post-reionization universe
中性氢的跨红移演化是研究宇宙学、宇宙大尺度结构和星系际介质的有力工具。使用数据驱动的晕模型来描述HI在后再电离宇宙中的分布（$z \sim $ 5到0），我们从丰富的观测数据样本中获得最佳拟合参数：低红移21厘米发射线研究，中等红移强度测绘实验，和更高的红移阻尼莱曼阿尔法（DLA）的观测。我们的模型描述了丰度和集群的中性氢在红移0 - 5，是有用的，研究星系演化的不同方面，并与流体动力学模拟比较。该框架可以应用于预测未来的观测与中性氢，并扩展到强度映射的情况下，与分子和其他线跃迁在中间红移。
2017-12-04 astro-ph.CO astro-ph.GA
Intensity mapping with neutral hydrogen and the Hidden Valley simulations
本文介绍了隐谷模拟，一套万亿粒子N体模拟在千兆秒差距的体积，旨在强度映射科学。我们提出的模拟和他们的收敛的细节，然后专门研究21厘米之间的红移波动2和6。中性氢被分配到晕使用三个处方，我们调查的集群在实和红移空间的2点水平。与早期的工作一样，我们发现HI的偏差从z = 2时的接近2增加到z = 6时的4，在高z时变得更加依赖于尺度。与物质场的尺度相关和去相关程度与微扰理论所预测的一样。由于宿主晕的质量较低，上帝的手指对拟议的21厘米仪器相关范围的影响很小。我们表明，重子声学振荡和红移空间扭曲可以很好地测量这样的仪器。利用大的模拟量，我们评估的影响波动的紫外线背景下，改变HI聚类主要是在大尺度上。
2019-11-17 astro-ph.CO
Large Lyman-alpha opacity fluctuations and low CMB tau in models of late reionization with large islands of neutral hydrogen extending to z<5.5
高红移类星体光谱显示星系际介质的Ly-alpha不透明度在z>~5.5的大尺度上有很大的空间起伏。我们提出了一个由星系驱动的宇宙再电离的辐射转移模拟，再现了这种大的散射和快速演变的Ly-alpha不透明度分布在5<z <6. The simulation also reproduces the low Thomson scattering optical depth reported by the latest CMB measurement and is consistent with the observed short near-zones and strong red damping wings in the highest-redshift QSOs. It also matches the rapid disappearance of observed Ly-alpha emission by galaxies at z>~6。在我们的模型中，再电离在z=5.3时完成，宇宙体积的50%在z=7时电离。在这样一个晚期再电离模型中，与Ly-alpha森林数据的一致性需要星系电离发射率的快速演变，其峰值在z~6.8。再电离的后期导致光电离率和中性氢分数在红移低至z<~5.5处的大散射，并具有大的残余中性“岛”，其可以产生非常长的冈恩-彼得森槽，类似于数据中所看到的…
2019-02-18 astro-ph.CO
Detecting ultralight axions from multifrequency observations of neutral hydrogen intensity mapping
本研究探讨了超轻轴子对再电离后中性氢信号的影响，揭示了其在不同质量范围内的暗物质或暗能量特性，并利用未来强度映射巡天的角相关函数探索了暗能量、中微子与ULAs之间的参数空间及简并性。
2024-11-12 astro-ph.CO hep-ph
Constraining the reionization history with CMB and spectroscopic observations
通过对宇宙微波背景和中性氢数据的联合分析，我们研究了宇宙再电离历史的约束条件。分别采用$\tanh$参数化方法和主成分分析方法对再电离历史进行了分析。当考虑中性氢分数数据时，常用的$\tanh$参数化过于简单。利用主成分分析方法，重建的再电离历史与中性氢分数数据一致。利用主成分分析方法，我们将$z=9.75$的中性氢组分重构为用于$6<z<20$射程重构的$x_{\text{HI}}=0.69^{+0.30}_{-0.32}$和用于$6<z<30$射程重构的$x_{\text{HI}}=0.76^{+0.22}_{-0.27}$。这些结果表明，在$95\%$置信水平下，宇宙开始红移的时间不晚于$z=10$。
2019-02-23 astro-ph.CO
HIR4: cosmology from a simulated neutral hydrogen full sky using Horizon Run 4
宇宙中性氢的分布将为下一代射电望远镜和巡天观测宇宙的大尺度结构提供一个新的窗口。通过21厘米线发射对这种物质的观测，会被相同频率的前景发射所混淆。即使在这些前景被移除之后，重建的地图也可能与原始宇宙学信号不完全匹配，这将在测量的相关性中引入系统误差和偏移。在本文中，我们模拟未来的调查中性氢使用地平线运行4（HR4）宇宙学N体模拟。我们从HR4晕目录中生成HI强度图，并与全球天空模型的前景无线电发射图相结合，以创建整个天空的精确模拟。我们模拟HI天空的频率范围为700 - 800兆赫，匹配的灵敏度天籁探路者。我们测试了快速ICA，PCA和对数多项式拟合前景去除方法恢复输入宇宙学角功率谱和测量参数的准确性。我们的调查噪声水平和光束大小恢复的宇宙学约束的效果。我们发现，虽然重建从大尺度上的宇宙学21厘米分布中去除了功率，但我们可以对此进行校正，并在无噪声的情况下恢复输入参数。然而，噪声和光束尺寸的影响，天籁探路者阻止精确恢复的宇宙学参数时，只使用强度映射信息。
2020-08-27 astro-ph.CO
The Neutral Hydrogen Content of Galaxies in Cosmological Hydrodynamic Simulations
我们研究了全球HI属性的星系在四分之一亿粒子宇宙学模拟使用小工具-2，专注于如何银河系外流影响HI内容。我们考虑四个外流模型，包括一个新的模型（ezw）的动机最近的星际介质的模拟，其中风速和质量加载因子的规模为预期的动量驱动的外流较大的星系和能量驱动的外流的矮星（西格玛<75公里/秒）。为了获得预测的HI质量，我们采用了一个简单但有效的粒子自屏蔽的局部校正，并从中性到分子氢的观测约束的过渡。我们的ezw模拟产生了一个HI质量函数，其-1.3的模糊端斜率与ALCAFA调查的观测结果吻合良好;其他模型的一致性较差。卫星星系有一个双峰分布在HI分数与晕质量，较小的卫星和/或那些在较大的晕往往是HI不足。在一个给定的恒星质量，HI含量与恒星形成率和金属丰度呈负相关，如预期的那样，如果由随机吸积率。到较高的红移，大质量HI星系消失，质量函数变陡。从z~5-0开始，全球宇宙HI密度保持相当恒定，但较小星系的相对贡献随着红移而增加。
2013-07-12 astro-ph.CO
How to Search for Islands of Neutral Hydrogen in the $z \sim 5.5$ IGM
如果星系际介质（IGM）的电离态在这些红移处足够不均匀，那么对莱曼α森林（$α$）的观测可能会使再电离晚至$z \sim 5.5$才完成。在这种情况下，在高度电离的气体中可保留显著中性的岛，其中电离区域允许通过Ly- $α$森林的一些透射。这种可能性有一个重要的优点，就是它可以用现有的Ly- $α$森林数据来检验。特别是，我们描述了三个可观察到的签名显着中性气体的$z \sim 5.5$ IGM。我们使用模拟类星体光谱再电离的数值模拟，以开发这些测试。首先，我们量化了森林中吸收区域的丰度和长度如何随再电离模型中体积平均中性分数的增加而增加。其次，我们考虑在森林中的高吸收区域周围叠加传输轮廓。当且仅当IGM中存在显著中性气体时，Ly- $α$线的阻尼翼中的吸收将导致透射随着从光谱的吸收部分移动到透射部分而缓慢恢复。第三，氘Ly- $β$谱线应在Ly- $β$簇中的中性吸收区中留下一个小而独特的吸收特征。我们表明，这些测试可以进行与现有的凯克HIRES光谱在$z \sim 5.5$，阻尼翼可观察到的$< x_{\text{HI}} >\gtrsim 0.05$和氘功能观察到额外的高分辨率光谱$< x_{\text{HI}} >\gtrsim 0.2$。
2014-09-30 astro-ph.CO
Modelling the post-reionization neutral hydrogen (${\rm HI}$) 21-cm bispectrum
测量后再电离21厘米双谱$B_{\rm HI}(\mathbf{k_1},\mathbf{k_2},\mathbf{k_3})$使用各种即将到来的强度映射实验举行的潜力，以确定宇宙学参数在一个高水平的精度。在本文中，我们估计了21厘米双谱的$z$范围$1 \le z \le 6$使用中性氢（${\rm HI}$）分布的半数值模拟。我们确定的$k$和$z$范围内的21厘米的双谱可以充分利用二阶微扰理论的预测建模，我们用它来预测红移的线性和二次${\rm HI}$偏置参数$b_1$和$b_2$分别演变。的$b_1$值被发现减少几乎线性减少$z$，并在较早的预测通过建模的21厘米功率谱$P_{\rm HI}(k)$是在良好的协议。$b_2$值随着$z$的降低而急剧下降，在$z \sim 3$处变为零，并在$z<2$处达到几乎恒定的值$b_2 \approx - 0.36$。我们提供了多项式拟合公式为$b_1$和$b_2$作为$z$的功能。这里提出的建模预计将是有用的，在未来的努力，以确定宇宙学参数和约束原始的非高斯使用21厘米双谱。
2019-07-03 astro-ph.CO
Cosmology on Ultralarge Scales with Intensity Mapping of the Neutral Hydrogen 21 cm Emission: Limits on Primordial Non-Gaussianity
宇宙的大尺度结构提供了有关早期物理过程的关键信息。红移z~1-5的中性氢HI的21 cm发射强度的未分辨地图是获得与早期宇宙直接相关的超大尺度信息的最佳希望。一个专门建造的HI强度实验可以用来检测原始非高斯性的大尺度效应，对不同的暴胀模型施加严格的限制。我们认为，它可能是有可能的地方严格的约束非高斯参数f_NL，误差接近~1。
2013-10-25 astro-ph.CO astro-ph.IM
(Nearly) Model-Independent Constraints on the Neutral Hydrogen Fraction in the Intergalactic Medium at $z\sim 5-7$ Using Dark Pixel Fractions in Ly$α$ and Ly$β$ Forests
宇宙再电离是星系际介质（IGM）中氢从中性到高度电离的最后一次主要相变。目前的观测表明，IGM在$z>7$处是显著中性的，并且大部分被$z\sim5.5$电离。然而，大多数测量IGM中性分数的方法是高度依赖于模型的，并且限于IGM的体积平均中性分数相对较低（$\bar{x}_{\rm HI} \lesssim 10^{-3}$）或接近于1（$\bar{x}_{\rm HI}\sim 1$）时。特别是，中性分数的IGM在$z=6-7$的临界红移范围内的演变是约束不足。通过分析$5.73<z<7.09$上的$53$类星体的深光谱，提出了在$z\sim5.1-6.8$上对$\bar{x}_{\rm HI}$的新的约束。我们推导出模型独立的上限中性氢分数的基础上确定的莱曼$α$（Ly $α$）和莱曼$β$（Ly $β$）森林中的“暗”像素的分数，没有任何假设的IGM模型或类星体连续体的内在形状。他们是第一个模型独立的约束IGM中性氢分数在$z\sim6.2-6.8$使用类星体吸收测量。我们的结果给出了$\bar{x}_{\rm HI}(z=6.3) < 0.79\pm0.04$（1 $σ$）、$\bar{x}_{\rm HI} (z=6.5) < 0.87\pm0.03$（1 $σ$）和$\bar{x}_{\rm HI} (z=6.7) < 0.94^{+0.06}_{-0.09}$（1 …
2022-11-22 astro-ph.CO astro-ph.GA
Long troughs in the Lyman-$α$ forest below redshift 6 due to islands of neutral hydrogen
在ULAS J 0148 +0600的光谱中，在Ly $α$森林中观察到一个长的（110 cMpc/ $h$）和深的吸收槽，该吸收槽向下延伸到红移5.5。虽然没有检测到Ly $α$传输，但存在Ly $β$尖峰，这导致了沿着该槽的气体必须被电离的主张。使用高分辨率的宇宙学辐射转移模拟在大体积中，我们表明，在再电离结束晚（$z \sim 5.2$）的情况下，我们的模拟可以重现槽，只要观察。在这个模型中，我们发现槽是由中性氢岛引起的。中性岛内的小电离空穴允许Ly $β$的传输。我们还模拟了模拟槽周围的Ly $α$发射体种群，并表明如所观察到的，靠近槽处存在Ly $α$发射体的缺陷。
2019-10-30 astro-ph.CO astro-ph.GA
Neutral hydrogen in galaxy clusters: impact of AGN feedback and implications for intensity mapping
通过放大的流体动力学模拟，我们量化的中性氢（HI）主办的团体和星系团的数量。我们的模拟，这是基于一个改进的配方的平滑粒子流体动力学（SPH），包括辐射冷却，恒星形成，金属富集和超新星反馈，并可以分为两个不同的群体，这取决于是否从活动星系核（AGN）的反馈打开或关闭。模拟进行了分析，以考虑HI自屏蔽和分子氢的存在。我们发现暗物质晕中中性氢的质量随晕质量的增加而单调增加，并且可以用$M_{\rm HI}(M,z)\propto M^{3/4}$形式的幂律来描述。我们的研究结果指出，活动星系核反馈减少总晕质量和HI质量，虽然它是更有效地消除HI。我们的结论是活动星系核的反馈减少了中性氢质量的一个给定的晕$\sim50\%$，与晕质量和红移弱的依赖。活动星系核的反馈作用也会影响晕内中性氢的空间分布，其作用是减少晕内氢的含量。通过将我们的结果外推到模拟中未解决的晕，我们从$Ω_{\rm HI}(z)$的测量中得出了天体物理学含义：需要圆速度大于$\sim25~{\rm km/s}$的晕来承载HI才能重现观测结果。我们发现只有活动星系核反馈的模型才能再现由21厘米强度图观测得到的$Ω_{\rm HI}b_{\rm HI}$值。
2015-12-08 astro-ph.CO astro-ph.GA
Neutral hydrogen structures trace dust polarization angle: Implications for cosmic microwave background foregrounds
使用高分辨率的数据从银河阿雷西博L波段馈电阵列HI（GALFA-HI）调查，我们表明，在银河中性氢（HI）的线性结构与普朗克353 GHz极化尘埃发射暗示的磁场方向。中性星际介质的结构与磁场的耦合比以前所知的更紧密。在银河系高纬度地区，普朗克数据以噪音为主，HI数据对银河系磁场方向提供了独立的约束，从而对局部尘埃极化角提供了独立的约束。我们检测到强互相关性的模板地图构建的尘埃强度的估计结合HI衍生的角度，星光偏振角，或普朗克353 GHz的角度。因此，HI数据提供了一个新的工具，在宇宙微波背景，这是目前受到尘埃前景污染的限制，在寻找暴胀引力波B模式偏振。
2015-11-17 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Origin of Neutral Hydrogen Clouds in Nearby Galaxy Groups: Exploring the Range Of Galaxy Interactions
我们结合高分辨率的N体模拟和对附近星系群中中性氢（HI）的深入观测，以探索HI云形成的两个著名理论：HI剥离星系相互作用和暗物质微晕嵌入HI气体。本文介绍了来自三个星系群的新数据，Canes Venaeros I，NGC 672和NGC 45，并收集了我们以前星系群活动的数据，以生成一个丰富的HI云档案，与我们的模拟数据进行比较。我们在猎犬座Venaeu I、NGC 672或NGC 45星系群中没有发现HI云。我们的结论是，HI云在我们的检测空间是最有可能通过最近，强烈的星系相互作用产生的。在M_HI = 10^6 M_Sun以上、星系的+/- 700 km/s范围内和星系的投影距离50 kpc范围内，我们没有发现与暗物质晕相关的HI云的证据。
2011-08-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
Radio sirens: inferring $H_0$ with binary black holes and neutral hydrogen in the era of the Einstein Telescope and the SKA Observatory
Marietta Blau Institute - Austrian Academy of Sciences（玛丽亚·布劳研究所 - 奥地利科学院）；INFN, Sezione di Roma（罗马国家核物理研究所）；Observatoire de la Côte d’Azur, Laboratoire Lagrange（蔚蓝海岸天文台，拉格朗日实验室）；Department of Physics & Astronomy, University of the Western Cape（西开普大学物理与天文学系）；INAF - Institute of Radioastronomy (IRA)（意大利国家天体物理研究所射电天文研究所）；Gran Sasso Science Institute (GSSI)（格兰萨索科学研究所）；INFN - Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS)（意大利国家核物理研究所格兰萨索国家实验室）；Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Cagliari（卡利亚里大学物理系）；INFN, Sezione di Cagliari（卡利亚里国家核物理研究所）；INAF - Osservatorio Astronomico di Cagliari（意大利国家天体物理研究所卡利亚里天文台）
通过结合黑洞并合观测与中性氢21厘米线强度测绘，研究宇宙膨胀率。利用引力波信号和中性氢数据，提出'无线电 sirens'方法，将Hubble常数测量精度提升至约8%。
2026-05-12 astro-ph.CO astro-ph.HE
Evolution of Neutral Oxygen During the Epoch of Reionization and its Use in Estimating the Neutral Hydrogen Fraction
我们使用人工合成的视线通过Technicolor Dawn模拟的快照来探索中性氧OI吸收剂的统计数据如何响应氢再电离。环星系介质（CGM）的电离状态最初大致跟踪星系际介质的电离状态，但从$z=8$开始，由于自屏蔽，CGM系统地变得更加中性。弱吸收体追踪远离晕的扩散气体，因此它们首先被电离，而较强的系统对再电离不太敏感。整体OI覆盖分数随着时间的推移缓慢下降，由于正在进行的浓缩和电离前沿逐渐侵入越来越稠密的气体之间的竞争。虽然下降的覆盖率部分抵消了继续形成新的晕，电离的扩散气体导致预测的OI吸收剂的视线发生率突然下降的重叠时期，在定性的协议与观测。与最近在$z\approx6$观察到的等效宽度（EW）分布相比，模拟产生的系统与$EW \geq 0.1 \unicode{x212B}$不足，尽管它们再现了较弱的系统与$EW \geq 0.05 \unicode{x212B}$。通过$z\approx5$，$EW < 0.1 \unicode{x212B}$系统的发生率过度产生，与先前的指示一致，即在$z<6$模拟的电离背景太弱。SiII和SiIV的总柱密度跟踪总氧柱，因此OI和SiII + SiIV共动质量密度的比率跟踪再电离的进展。该探针可证明在其中$x_{HI} > 10\%$
2019-08-22 astro-ph.CO astro-ph.GA
Cosmological parameter measurement and neutral hydrogen 21 cm sky survey with the Square Kilometre Array
为了精确测量宇宙学参数并回答宇宙学中的基本问题，除了拟议的下一代光学巡天项目之外，还需要开发新的、强大的宇宙学探测器。中性氢21厘米巡天将为研究宇宙晚期演化提供一个有前途的工具，有助于揭示暗能量的本质。平方公里阵列是世界上最大的射电望远镜，将在不久的将来建成，它将把21厘米宇宙学推向一个新的时代，极大地促进宇宙学在未来几十年的发展。
2020-04-14 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
High-redshift test of gravity using enhanced growth of small structures probed by the neutral hydrogen distribution
未来的21厘米强度测绘调查，如SKA可以提供精确的信息的空间分布的中性氢（HI）在后再电离时代。这些信息将允许测试标准的LCDM范例，并与重力的性质。在这项工作中，我们采用SHYBONE模拟，其中模型星系形成在f（R）修改的引力使用的IllustrisTNG模型，研究修改的引力对HI丰度和功率谱的影响。我们发现，增强增长的低质量暗物质晕的经验，在f（R）引力在高红移改变HI功率谱，可以通过21厘米强度映射观察。我们的结果表明，在z=2的尺度$k\lesssim2\,h\,\mathrm{Mpc}^{-1}$上，F 6的HI功率谱被抑制了13%，F 6是一个通过大多数观测约束的f（R）模型。我们表明，这种抑制可以检测SKA 1-MID与1000小时的曝光时间，使HI聚类一种新的测试重力在高红移。
2019-09-18 astro-ph.CO gr-qc
Damping Wing-Like Features in the Stacked Ly$α$ Forest: Potential Neutral Hydrogen Islands at $z<6$
本研究通过叠加类星体光谱中Ly$β$暗间隙两侧的Ly$α$森林，发现阻尼翼状吸收特征，结合模拟推断这由中性氢岛屿造成，得出$z=5.8$时中性氢比例下限，为再电离延伸至$z<6$提供了证据。
2024-06-28 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Distribution of Neutral Hydrogen in the Color-Magnitude Plane of Galaxies
我们为来自ALFALFA（40%数据发布- $α.40$）的7709个星系样本提供了条件HI（中性氢）质量函数（HIMF），该函数以观察到的光学性质、$M_{\text{r}}$（$r$ -带绝对星等）和$C_{\text{ur}}$（$u-r$颜色）为条件，该样本与SDSS DR 7中的公共卷重叠。基于条件HIMF，我们发现，在高质量端，膝关节和低质量端的总HIMF中，亮红色，亮蓝色和淡蓝色的人口分别占主导地位。我们利用条件HIMF导出了$Ω_{\text{HI}}$（HI密度参数）在星系色星等平面上的分布函数$p(Ω_{\text{HI}})$。分布$p(Ω_{\text{HI}})$在$M_{\text{r}}^{\text{max}}=$ $-19.25, C_{\text{ur}}^{\text{max}}=1.44$的蓝色云中达到峰值，但是偏斜的。它有一条长长的尾巴，朝向暗淡的蓝色星系和明亮的红色星系。我们认为，$p(Ω_{\text{HI}})$可以用来揭示冷气体，恒星质量和恒星形成率（SFR）之间的关系在一个公正的方式，即导出的关系不受调查或样本选择。
2020-10-28 astro-ph.CO astro-ph.GA
An accurate low-redshift measurement of the cosmic neutral hydrogen density
利用光谱叠加技术，我们测量了Westerbork综合射电望远镜（WSRT）在$z < 0.11$ 35个点上的星系样本的中性氢（HI）性质。射电数据包含1，895个星系，其红移和位置来自斯隆数字巡天（SDSS）。我们仔细地量化了样品偏差，用于提取光谱的孔径，旁瓣和加权技术的影响，并使用我们的数据提供一个新的估计宇宙HI质量密度。我们发现宇宙HI质量密度$Ω_{\rm HI} = (4.02 \pm 0.26)\times 10^{-4} h_{70}^{-1}$在$\langle z\rangle = 0.066$，与测量盲HI调查和其他HI叠加实验在低红移。小的干涉仪光束尺寸和大的调查量的组合，使我们的结果非常强大的系统的影响，由于在小尺度上的混乱和大尺度上的宇宙方差。分成$\langle z\rangle$ = 0.038、0.067和0.093的三个子样品显示在低红移下HI气体含量没有显著的演变。
2019-07-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
A New Constraint on the Simulation of the Intergalactic Medium through the Evolution of the Neutral Hydrogen Fraction in the Epoch of Reionization
本研究利用21cmFAST模拟星系际介质，通过比较不同初始条件下中性氢分数演化与观测数据，排除了大量模型，仅保留少数高精度符合观测的模拟，从而对热历史关键参数施加新约束。
2023-06-22 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Search for dark matter in compact hydrogen clouds
最近出版的GALFA-HI紧凑型云目录列出了20个中性氢云，可能会精确定位以前未发现的高纬度矮星系。探测到相关的伽马射线暗物质信号可以提供一条途径，明确区分真正的暗物质主导的系统，这些系统积累了中性氢，但没有成功地点燃恒星形成，以及没有暗物质的纯气体结构。我们使用4.3年的费米观测得出的伽马射线通量上限在1-300 GeV的能量范围内的样品。根据未知的天体物理因素，还提出了暗物质对湮灭产生的伽马射线的极限。
2013-04-09 astro-ph.CO astro-ph.HE
Weighing neutrinos with cosmic neutral hydrogen
我们调查的签名留下的中性氢（HI）在后再电离时代的空间分布的大规模中微子通过运行流体动力学模拟，包括大规模中微子作为额外的无碰撞粒子。我们发现，在大质量/无质量中微子宇宙学的晕主机中性氢类似的数量，虽然对于一个固定的晕质量，平均而言，HI质量增加的中微子质量的总和。我们的结果表明，HI是更强烈的宇宙学与大量的中微子，而它的丰度，$Ω_{\rm HI}(z)$，是较低的集群。这些效应主要来自于大质量中微子对宇宙学的影响：它们抑制了小尺度上物质功率谱的振幅和暗物质晕的丰度。在$z > 3$的流体动力学模拟和$z<3$的一个简单的分析模型的HI分布建模，我们使用Fisher矩阵形式主义保守地预测的约束，第一阶段的平方公里阵列（SKA）将放在中微子质量的总和，$M_ν\equiv Σm_ν$。我们发现，在$3 \lesssim z \lesssim 6$进行了10，000小时的干涉观测，从SKA 1-LOW的深而窄的调查中，中微子质量的总和可以测量，误差为$σ(M_ν)\lesssim0.3$ eV（95% CL）。在$z \lesssim 3$上使用单碟模式进行宽而深的SKA 1-MID勘测，可以获得类似的约束。通过结合MID、LOW和普朗克的数据，加上第四阶段光谱星系巡天的宇宙学参数，中微子质量之和可以确定，误差为$σ(M_ν)\simeq0.06$ eV（95% CL）。
2015-12-08 astro-ph.CO hep-ph
Neutral Hydrogen Tully Fisher Relation: The case for Newtonian Gravity
盘星系的内禀光度与自转速度之间存在TullyFisher（TF）关系。重子TF（BTF）关系最近已经用暗物质和牛顿引力以及修正的牛顿动力学（MOND）解释。然而，最近的工作指出，目前使用的BTF关系忽略了热气体的贡献，并过度简化了复杂的星系尺度物理。在这封信中，我们主张使用中性氢TF（HITF）关系，这是免费的尘埃遮蔽和恒星演化的影响，作为一个干净的探测引力和动力学在弱场制度。我们将从超新星反馈驱动的星际介质（ISM）的多孔性的热气体的物理。一个简单的模型，包括超新星反馈，推广到包括参数化的有效引力定律。我们测试我们的模型对目录的星系，跨越整个范围的磁盘从矮星系到巨大的螺旋，以证明恒星形成和简单的牛顿引力的Kennicutt-Schmidt（KS）法是足够的解释所观察到的HI标度关系。在这个模型的范围内，数据排除了MOND类理论。
2011-09-02 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
A halo model for cosmological neutral hydrogen: abundances and clustering
我们扩展了以前的分析结果对约束的丰度和集群后再电离（$z \sim 0-5$）中性氢（HI）系统使用晕模型框架。我们的工作与一个全面的HI数据集，包括小规模的集群，柱密度和质量函数的HI星系在低红移，强度映射测量在中等红移和紫外/光学观测的阻尼莱曼阿尔法（DLA）系统在较高的红移。我们使用马尔可夫链蒙特卡罗（MCMC）的方法来约束最佳拟合模型的参数，无论是HI晕质量关系和HI径向密度分布。我们发现，径向指数轮廓的结果在一个很好的适合低红移HI的观测，包括集群和列密度分布。的配置文件的形式也被发现，以匹配高红移DLA的意见，结合使用时，与一个三参数HI晕质量关系和红移演化的HI浓度。晕模型的预测与观测到的低红移星系的HI面密度分布，以及高红移DLAs的碰撞参量和覆盖分数观测的一般趋势吻合得很好。我们提供了方便的表格，总结了最佳拟合晕轮模型预测。
2017-04-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
