Relative velocity of dark matter and baryonic fluids and the formation of the first structures
在复合的时候，重子和光子退耦，重子流体中的声速从相对论速度下降到氢原子的热速度。这小于通过线性微扰理论计算的重子和暗物质的相对速度，因此我们推断，相对于由暗物质产生的潜在势阱，存在重子的超音速相干流。因此，大尺度速度流对小尺度扰动（在重子金斯尺度附近）的平流对第一重子结构的形成是重要的。这种效应在宇宙学扰动理论方程中包含一个二次项，因此没有被包括在基于线性微扰理论的研究中。我们发现，相对运动抑制的丰度的第一绑定对象，即使只调查暗物质晕，并导致其空间分布的质的变化，如引入尺度依赖的偏见和随机性。我们讨论了高红移星系团簇和再电离的可能观测到的影响。
2010-10-18 astro-ph.CO
Insights on Dark Matter from Hydrogen during Cosmic Dawn
宇宙学暗物质的起源和组成仍然是个谜。然而，即将到来的21厘米测量在宇宙黎明，第一个恒星形成的时期，可以提供新的线索的性质暗物质。在这一时期，重子-暗物质流体是有史以来最慢的，这使得寻找暗物质与重子通过无质量介质（如光子）弹性散射的理想方法。在这里，我们探讨是否暗物质粒子与电“微电荷”可以显着改变重子温度，从而影响21厘米的观测。我们发现整个暗物质不可能在一个显著的水平上被微充电，以免它干扰银河系和河外磁场。然而，如果微荷电粒子占暗物质的百分之几，并且具有电荷$ε\sim 10^{-6}$--以电子电荷为单位--和质量$m_χ\sim 1-60$ MeV，那么它们可以显著地冷却重子流体，并在21厘米的实验中被发现。我们展示了这种情况如何可以解释最近的结果的边缘合作，这需要一个较低的重子温度比可能在标准模型，同时保持与所有当前的观测一致。
2018-03-26 astro-ph.CO hep-ph
Keck Spectroscopy of Faint 3<z<7 Lyman Break Galaxies:- II. A High Fraction of Line Emitters at Redshift Six
由于莱曼-α光子被中性氢散射，遥远星系莱曼-α等效宽度分布的红移变化提供了一个有希望的探测星系际介质电离度的方法，因此宇宙再电离何时结束。这个简单的测试是复杂的事实，莱曼α发射也可以受到不断变化的天体物理细节的主机星系。在本系列的第一篇论文中，我们证明了在3 <z <6的范围内，在颜色选择的莱曼破裂星系（LBG）中观察到的莱曼α发射体的比例具有光度和红移依赖的趋势;低光度星系和高红移星系显示出强发射的可能性增加。在这里，我们提出的结果，从更深的12.5小时的曝光与Keck DEIMOS摄谱仪主要集中在z~6的LBG，使我们能够确认红移的依赖性更强大的线发射和更高的红移比迄今为止可能的。我们发现54 +/-11%的微弱z~6 LBG显示出强（W_0> 25 A）发射，比在z~4处观察到的类似样品增加了1.6倍。利用74个z~6长带隙的样品，我们确定了与亮度相关的Lyman-alpha等效宽度分布。假设这些趋势与哈勃WFC3/IR相机定位的z~7源的新种群的连续性，我们预测，除非中性部分在干预的2亿年内上升，否则使用莱曼α发射光谱确认的成功率应该很高。
2010-09-28 astro-ph.CO
A direct measurement of the baryonic mass function of galaxies & implications for the galactic baryon fraction
我们使用HI选择和光学选择的星系样本直接测量星系的丰度作为其“重子”质量（恒星+原子气体）的函数。恒星质量是根据斯隆数字巡天（SDSS）的光学数据计算的，原子气体质量是使用阿雷西博遗产快速ALFA（ALCAFA）巡天的原子氢（HI）发射线数据计算的。利用丰度匹配技术，将星系的重子函数（BMF）与LCDM宇宙中的暗物质晕质量函数相结合，确定了星系重子分数与宿主晕质量的函数关系.我们发现，即使考虑到原子气体，低质量晕的重子分数也比宇宙值小得多。我们发现，银河系重子赤字单调增加，减少晕质量，与以往的研究表明，在低质量端的重子分数近似恒定。我们认为，所观察到的重子分数的低质量晕不能单独用再电离加热解释，必须调用额外的反馈机制（如超新星爆发）。然而，在LCDM宇宙中的星系形成的标准图像中，再现我们的结果所需的流出率并不容易容纳。
2012-09-20 astro-ph.CO
Keck Spectroscopy of Faint 3<z<7 Lyman Break Galaxies: - I. New constraints on cosmic reionisation from the luminosity and redshift-dependent fraction of Lyman-alpha emission
我们提出了一个新的Keck光谱调查的结果，在红移范围3<z<7的紫外微弱的LBG。结合早期的Keck和已发表的ESO VLT数据，我们的样本包含600多个辍学者，为可能主导宇宙再电离过程的典型亚L * 源的性质提供了新的见解。在这里，我们使用这个样本来计算连续选择的退出中强Lya发射体的分数。通过量化“Lya分数”如何随红移而变化，我们试图限制与再电离相关的Lya传输的变化。为了区分再电离的影响与其他影响Lya分数的因素（例如尘埃，ISM运动学），我们研究了当IGM被电离时，Lya分数在3<z<6上的光度和红移依赖性。这些结果表明，低光度星系比高光度星系更频繁地出现强Lya辐射，并且在固定光度下，强Lya辐射的普遍性随着红移的增加而适度增加。基于我们的数据集中的蓝色紫外线斜率和强Lya发射星系之间的相关性，我们认为，Lya分数的趋势是由红移和亮度依赖的变化，在尘埃遮蔽，与可能的额外贡献的趋势中的运动学和覆盖部分的中性氢。基于候选z~7透镜LBG的有限IR光谱，我们发现在z~7处Lya分数的尝试性减少，如果通过未来的调查证实，则该结果将表明中性分数在该时期增加。考虑到哈勃WFC 3/IR巡天提供的z和Y滴，我们表明很快就有可能使用光学和近红外光谱仪显着提高对Lya分数的估计，从而将本文中进行的研究扩展到7<z<8。
2010-03-26 astro-ph.CO
Modelling neutral hydrogen in galaxies using cosmological hydrodynamical simulations
高红移星系的原子和分子氢含量的表征是一个主要的观测挑战，将在未来几年内通过新一代射电望远镜来解决。我们研究这个重要的问题，考虑在高分辨率宇宙流体动力学模拟的结构范围内的氢的状态。此外，我们的模拟使我们能够调查我们的结果的灵敏度，数值分辨率和次网格重子物理（特别是从超新星和活动星系核的反馈）。我们发现，中性氢分布建模中最重要的不确定性来自于我们需要在中等密度区域建模自屏蔽校正。未来的模拟结合辐射转移计划将是至关重要的，以改善我们的经验自屏蔽阈值。无论阈值的确切性质，我们发现，虽然原子氢质量函数的演变只有温和的红移2到零，分子氢质量函数增加，特别是在高质量端的红移。有趣的是，中性氢质量函数的弱演化对所使用的反馈方案不敏感，但对于分子气体则相反，这与模拟中的恒星形成更密切相关。
2011-09-29 astro-ph.CO
The Keck+Magellan Survey for Lyman Limit Absorption III: Sample Definition and Column Density Measurements
我们提出了一个光学厚气云的吸收线调查-莱曼极限系统（LLS）-观察在高色散的凯克和麦哲伦望远镜上的光谱仪。我们测量了157个LLS的中性氢NHI的柱密度和相关的金属线跃迁，z=1.76-4.39，限制在10^17.3 < NHI < 10^20.3。离子比率的经验分析表明，随着NHI的降低，气体的电离状态增加，并且大多数LLS高度电离，证实了先前的预期。Si^+/H^0的比值跨越了近四个数量级，这意味着气体金属丰度存在很大的离散性。这些LLS中只有不到5%没有金属过渡的阳性检测;到z~3时，几乎所有密度足以表现出非常高的莱曼极限不透明度的气体都已被重元素污染。我们增加了新的测量LLS的小子集（~5-10），可能有超太阳丰度。高的Si^+/Fe^+比值表明α-增强介质，而Si^+/C^+比值并没有表现出之前在Lya森林中推断的超太阳增强。
2015-06-29 astro-ph.CO astro-ph.GA
The formation of massive black holes in z~30 dark matter haloes with large baryonic streaming velocities
红移z > 6的~10^9 Msun类星体超大质量黑洞（BH）的起源仍然是一个理论难题。一种可能性是，它们是由原始的、原子冷却的（温度T ~ 8000 K; PAC）气体的“直接坍缩”中形成的~10^5兆太阳质量的黑洞形成的，由于缺乏分子氢和金属，这些气体没有碎裂形成普通的恒星。我们提出重子流-宇宙重组中气体相对于暗物质的残余相对运动-为建立直接坍缩的必要条件提供了一种自然的机制。这种效应通过抑制气体进入暗物质晕而延迟了第一批恒星的形成;超过均方根值两倍的流速可以阻止恒星的形成，直到晕维里温度Tvir ~ 8000 K。由此产生的PAC气体可以通过文献中提出的任何机制继续形成大量的BH，以在没有紫外背景的情况下诱导直接坍缩。这种情况下产生的晕包含PAC气体的特征红移z ~ 30。它可以解释z = 6时最明亮的类星体的丰度，无论直接坍缩是否发生在几乎所有或不到1%的PAC晕中。
2014-01-07 astro-ph.CO
Hydrogen Axion Star: Metallic Hydrogen Bound to a QCD Axion BEC
作为冷暗物质的候选者，QCD轴子可能形成玻色-爱因斯坦凝聚体，称为轴子星，质量在$10^{-11}\,M_{\odot}$周围。在本文中，我们指出一个全新的天体，一个氢轴子星（HAS），很可能是由普通重子物质成为引力束缚到轴子星。我们研究了HAS的性质，发现HAS的氢云中心具有较高的压力和温度，可能处于液态金属氢状态。由于轴子星和氢云的粒子数密度都很高，轴子和氢之间微弱的相互作用仍然可以在$10^{13}~\mbox{W}\times(m_a/5~\mbox{meV})^4$周围产生足够的内部能量，使这些物体成为发光的点源。高分辨率的紫外、光学和红外望远镜可以通过黑体辐射发现HAS。
2016-12-01 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Signal in the Hyperfine Structure Line of the Ground State of Atomic Hydrogen from the Dark Ages as a Cosmological Test
本文计算标准与非标准宇宙学模型中黑暗时代21 cm全局信号，提出其可检验暗物质衰变、湮灭及原始磁场等非标准物理。
2024-02-29 astro-ph.CO
The first (nearly) model-independent constraint on the neutral hydrogen fraction at z~5--6
宇宙再电离预计是复杂的，扩展的和非常不均匀的。现有的限制在z~6的体积平均中性氢分数，<x_HI>，是高度依赖于模型和争议。z<6的约束表明宇宙是高度电离的，也是依赖于模型的，但更根本的是在非均匀再电离的背景下是无效的。因此，最近有人指出，没有确凿的证据表明，再电离已完成的z~5- 6，一个事实，具有重要的分支解释高红移的观察和理论模型。利用<x_HI>高红移类星体Ly α/β森林中暗像元覆盖率的简单而稳健的统计，给出了在z~5--6处的第一个直接上限。对于13个Keck ESI光谱的样本，我们<x_HI>在5 < z < 5.5处限制< 0.2，<x_HI>在z~6.1处上升至< 0.8。我们还发现了一个初步的证据，在红移演化的暗覆盖分数在z~5.5。当结合宇宙方差的保守估计时，两个深光谱的子样本提供了更严格的约束<x_HI>（z=6.1）< 0.5。该上限与z~6处的现有结果相当，但更稳健。这里提出的结果不依赖于假设的类星体连续，IGM密度，HII形态或电离背景场，因此是一个很好的起点，为未来的解释高红移观测。
2011-01-17 astro-ph.CO
The signature of the first stars in atomic hydrogen at redshift 20
暗物质和重子物质在早期宇宙中以不同的速度运动，这强烈抑制了某些区域的恒星形成。据估计，这在与恒星相关的21厘米谱线上留下了约2 mK的大尺度波动信号，红移为20，尽管这一估计忽略了由于X射线和抑制的主要增强而导致的气体加热的关键贡献。巨大的速度差减少了晕的丰度，并要求第一批恒星形成大约100万太阳质量的晕，大大超过先前的预期。在这里，我们报告了第一批恒星在z=20（宇宙年龄~ 1.8亿年）的分布模拟，将所有这些成分在一个400 Mpc的盒子。我们发现，这些恒星的21厘米签名是一个增强的（10 mK）的波动信号在100 Mpc的规模，其特征在于一个平坦的功率谱与突出的重子声学振荡。使用Murchison宽场阵列或低频阵列等仪器，但设计为在50-100 MHz范围内工作，可以在1000小时的积分时间内实现看到该信号所需的灵敏度。
2012-06-26 astro-ph.CO
Moving mesh cosmology: properties of neutral hydrogen in absorption
我们研究中性氢的分布在宇宙学模拟进行了新的移动网格代码AREPO和比较它与相应的GADGET模拟的基础上平滑粒子流体动力学（SPH）技术。这两个代码使用相同的重力求解器和重子物理实现，但求解欧拉方程的方法非常不同，使我们能够评估与流体求解器相关的数值效应如何影响模拟结果。在这里，我们专注于中性气体的分析，在类星体的吸收线检测。我们发现，高列密度政权探测阻尼莱曼α（DLA）和莱曼极限系统（LLS）的代码之间表现出显着的差异。GADGET以气体团块的形式在大晕中产生虚假的伪影，从而增加了LLS横截面。此外，它形成的晕具有比AREPO更密集的中心重子核，这导致了更大的DLA横截面从较小的晕。因此，AREPO产生了一个显着较低的累积丰度的DLAs，这是有趣的，在更接近的协议与观察。然而，柱密度函数的改变不足以显著减少与观察值的差异。对于莱曼-α森林探测的低柱密度气体，代码仅在百分之几的水平上有所不同，这表明这两种方法都很好地描述了这种状态，这一事实令人放心，迄今为止，许多莱曼-α研究都是用SPH进行的。虽然残差小于当前Lyman-alpha森林数据的误差，但我们注意到，这可能会在未来的精度实验中发生变化。
2012-12-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
The local PNG bias of neutral Hydrogen, ${\rm H_I}$
我们使用单独的宇宙模拟与IllustrisTNG星系形成模型预测本地PNG偏置参数$b_ϕ$和$b_{ϕδ}$的原子中性氢，${\rm H_I}$。这些参数和它们与线性密度偏差参数$b_1$的关系在使用${\rm H_I}$功率谱和双谱的局部PNG参数$f_{\rm NL}$的观测约束中起着关键作用。我们的研究结果表明，流行的计算的基础上的普遍性的晕质量函数overpredicts的$b_ϕ(b_1)$和$b_{ϕδ}(b_1)$的关系，在模拟中测量。特别是，我们的研究结果表明，在$z \lesssim 1$的${\rm H_I}$功率谱是更敏感的$f_{\rm NL}$相比，以前认为（$b_ϕ$是更负的），但在其他时期（$b_ϕ$是不太积极）敏感。我们讨论了如何可以解释的竞争的物理效应，如大规模的引力势与本地PNG（i）加速转化的氢到重元素的恒星形成，（ii）增强重子反馈的影响，喷射气体更暴露于电离辐射的区域，和（iii）促进形成更致密的结构，更有效地屏蔽${\rm H_I}$。我们的数值结果可以用来修正现有的预测研究$f_{\rm NL}$使用21厘米线强度映射数据。尽管这第一步预测的本地PNG偏置参数的${\rm H_I}$，我们强调，需要更多的工作来评估其敏感性假设的星系形成物理和${\rm H_I}$建模策略。
2022-09-12 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
A Gunn-Peterson test with a QSO at z=6.4
理解宇宙再电离是现代观测宇宙学的重要目标之一。高红移的类星体光谱可以作为背景光源来测量中性氢的吸收。我们调查中性氢吸收的深，中等分辨率的凯克/Deimos光谱的类星体CFHQSJ 2329 -0301在z=6.4。这个类星体是目前已知的红移最高的类星体之一，z=6.4，但比之前研究得很好的类星体SDSSJ 1148 +5251（z=6.4）暗2.5等。因此，它有一个较小的斯特罗姆格伦球，并允许我们探测迄今为止最高的红移氢吸收。在Ly_alpha、Ly_beta和Ly_gamma吸收测量中，在5.915<z_abs<6.365（200共动Mpc）处的平均透射通量与零一致。这对应于光学深度的下限，τ_eff>4.9。这些结果与z>5.7时光学深度的强烈演化一致。
2011-04-08 astro-ph.CO astro-ph.HE
The Local Volume HI Survey: Galaxy Kinematics
我们提出了一个详细的分析中性氢运动学的12个附近的矮不规则星系观察到的局部体积HI调查（LVHIS）的一部分，在澳大利亚望远镜紧凑阵列。对于每个星系，我们测量的磁盘参数（倾角，位置角）和HI旋转曲线。在我们的样本中，有六个星系（AM 0605 -341，Argo Dwarf，ESO 059-G 001，ESO 137-G 018，ESO 174-G？001，ESO 308-G 022）的氢原子分布进行了研究。AM 0605 -341被发现有一个红移HI的扩展，我们建议这是由于与NGC 2188的潮汐相互作用。有证据表明，ESO 215-G？009有平面外HI气体。我们还比较了全球星系的属性，特别是综合HI通量密度和速度宽度的观测HI光谱与低角分辨率HI帕克斯全天巡天（HIPASS）的结果。我们讨论在什么情况下的21厘米发射线轮廓可以准确地预测星系的旋转速度，一个观测参数至关重要的研究经典和重子Tully-Fisher关系。
2012-02-02 astro-ph.CO
The hydrogen-poor superluminous supernova iPTF13ajg and its host galaxy in absorption and emission
我们目前的成像和光谱的氢贫超亮超新星（SLSN）发现的中间帕洛玛瞬态工厂：iPTF 13 ajg。在红移z=0.7403处，由窄吸收线推导出，iPTF 13 ajg的峰值绝对星等M（u，AB）=-22.5，是迄今为止最明亮的超新星之一。用P48、P60、NOT、DCT和凯克望远镜获得的uBgRiz光变曲线，以及凯克望远镜和VLT获得的9个历元光谱序列（覆盖3个静止帧月），通过光度测量结合在一起，以提供通量演化随时间和波长的函数估计。观测到的iPTF 13 ajg的辐射热峰值亮度为3.2x10^44 erg/s，而估计的总辐射能量为1.3x10^51 erg。我们探测到窄吸收线的Mg I，Mg II和Fe II，与冷星际介质在宿主星系，在两个不同的时代与X-射手在VLT。从Voigt轮廓拟合，我们得到柱密度log N（Mg I）=11.94 ± 0.06，log N（Mg II）=14.7 ± 0.3，和log N（Fe II）=14.25 ± 0.10。这些列密度，以及从文献中获取的贫氢SLSNe样本的Mg I和Mg II等效宽度，处于伽马射线暴（GRB）的低端，其祖先也被认为是大质量恒星。这表明SLSNe和GRB的环境是不同的。从铁II精细结构吸收线的检测，我们推导出一个严格的下限之间的距离超新星和窄线吸收气体的50 pc。没有检测到主星系的发射线，导致SFR（[OII]）的无遮…
2014-09-29 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
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
Formation of the hydrogen line 21-cm in Dark Ages and Cosmic Dawn: dependences on cosmology and first light
本文计算黑暗时代、宇宙黎明和再电离时期氢21厘米全球差分亮温，揭示其对宇宙学参数、非标准物理及首批光源光谱能量分布的依赖。
2023-09-26 astro-ph.CO
Baryonic Distributions in the Dark Matter Halo of NGC5005
我们提出的结果，星系NGC 5005的多波长观测。我们使用新的中性氢（HI）的观测甚大阵列检查中性气体的形态和运动学。我们发现一个HI盘在径向范围20 \arcsec -140 \arcsec内具有良好的平坦旋转曲线。来自WIYN 3.5米望远镜上的SparsePak积分场单元的电离气体观测提供了中心70 \arcsec的运动学。我们使用SparsePak和HI速度场来推导NGC 5005的旋转曲线。斯皮策太空望远镜对NGC 5005的3.6μm深观测探测了其暗淡的扩展恒星星族。这些图像揭示了一个具有高表面亮度分量的大恒星盘，该分量在比HI中检测到的气体盘的范围近1.6倍的半径处过渡到低表面亮度分量。3.6μm图像也被分解为凸起和盘分量，以解释恒星的光分布。来自WIYN 0.9米望远镜的光学宽带B和R以及窄带Hα补充了3.6微米的数据，提供了关于主要恒星星族和当前恒星形成活动的信息。利用中性气体和电离气体的自转曲线，结合恒星核球和星盘光剖面，对NGC 5005的质量分布进行了分解，建立了一个暗物质晕模型。最大的恒星盘贡献的总旋转曲线只有约70%，这表明暗物质作出了显着的贡献的动力学在所有半径。
2015-03-20 astro-ph.CO astro-ph.GA
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
Neutral chlorine and molecular hydrogen at high redshift
众所周知，氯和氢分子在星际介质的冷相中通过快速的化学反应紧密地结合在一起。在这里，我们提出了第一个系统的研究，这种关系在高红移使用H $_2$轴承阻尼Ly $α$系统（DLAs）检测沿类星体视线。使用来自VLT/UVES和Keck/HIRES的高分辨率光谱数据，我们报告了在18个高$z$ DLAs中的9个DLAs（包括5个新检测）中检测到Cl $\,$ I，其中$N($ H $_2) \ge 10^{17.3}\,$ cm $^{-2}$（包括在$z=3.09145$朝向J $\,$ 2100 $-$ 0641的新H $_2$检测），并给出了其余9个系统的上限。我们发现$N$（Cl $\,$ I）和$N$（H $_2$）之间的$\sim$ 5 $\,σ$相关性，在18.1 $\,<\,$ log $\,N$（H $_2$）$\,<\,$ 20.1范围内只有$\sim$ 0.2 $\,$ dex色散，因此探测柱密度比邻近恒星低10倍，大致遵循关系$N$（Cl $\,$ I $) \approx 1.5\times10^{-6} \times N($ H $_2)$。柱密度之间的这种关系在低和高红移下令人惊讶地相同，这表明对于给定的H $_2$（或Cl $\,$ I）柱密度，物理和化学条件是相似的。反过来，发现$N({Cl$ \，$I})/N({\rm H_2})$比率与DLA中的总体…
2015-01-28 astro-ph.CO astro-ph.GA
Constraining Primordial Black Holes with the EDGES 21-cm Absorption Signal
EDGES实验最近测量了一个反常的全球21厘米光谱，这是由于氢原子在大约$z\sim 17$的红移处的散射。独立于模型，这个观测到的异常低的重子温度对任何将能量转移到重子环境中的物理过程都有很强的约束。在这里，我们利用21厘米的光谱推导出的能量注入上的界限，由于一个可能的人口的${\cal O}(1-100) M_\odot$原始黑洞，诱导广泛的辐射光谱吸积过程中的周围气体。在计算了原初黑洞群体的总辐射强度后，我们估算了重子气体中产生的热量和电离量，并利用修正后的RECFAST程序计算了由此产生的宇宙热历史。最后，通过强制要求$z\sim 17$的气体温度不超过边缘的指示，我们限制了原始黑洞的可能丰度。根据与吸积模型相关的不确定性，我们发现${\cal O}(10) M_\odot$原初黑洞只能贡献总暗物质丰度的一小部分$f_{\rm PBH}<(1-10^{-3})$。
2018-06-19 astro-ph.CO hep-ph
Nebular Emission Line Ratios in z~2-3 Star-Forming Galaxies with KBSS-MOSFIRE: Exploring the Impact of Ionization, Excitation, and Nitrogen-to-Oxygen Ratio
本文介绍了作为Keck重子结构巡天（KBSS）的一部分，利用Keck/MOSFIRE对380个恒星形成星系在z~2-3处的静止光学（3600-7000埃）星云光谱进行的详细研究。KBSS-MOSFIRE的样本代表了这些红移的恒星形成星系，恒星质量M*=10^9-10^11.5 M_sun，恒星形成速率SFR=3-1000 M_sun/yr。我们专注于对单个星系的许多强诊断发射线的稳健测量：[O II] 3727，3729，[Ne III]3869，H-β，[O III] 4960，5008，[N II] 6549，6585，H-α和[S II] 6718，6732。与斯隆数字巡天（SDSS）和KBSS-MOSFIRE子样本的典型本星系观测结果的比较表明，高红移星系除了在log（[O III]/H-beta）和log（[N II]/H-alpha）方面的众所周知的偏移外，还表现出许多显著的差异。我们认为，z~2.3星系中H II区与z~0星系中H II区的主要区别是星云激发程度的增强，这可以用[O III]/H-β和R23=log[（[O III]+[O II]）/H-β]来衡量。同时，KBSS-MOSFIRE星系的质量比z~0星系大10倍，具有相似的电离光谱，并且在固定激发下具有更高的N/O（可能伴随着更高的O/H）。这些结果表明，在固定的N/O和O/H相对于典型的z~0星系，铁贫…
2017-01-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
Strong Nebular Line Ratios in the Spectra of z~2-3 Star-forming Galaxies: First Results from KBSS-MOSFIRE
利用Keck 1望远镜上的MOSFIRE对Keck重子结构巡天（KBSS）的15个视场进行了深近红外光谱巡天，获得了251个星系的初步结果，这些星系的红移为2.0（M*/M_sun）< 11.4，在H波段和K波段大气窗口都有高质量的光谱。我们明确地表明，在“BPT”星云诊断图中z~2.3星系的轨迹与本地星系相比，在[NII]6585/H α和[OIII]/H β之间呈现出不相交但同样紧密的关系。利用光电离模型，我们认为z~2.3轨迹相对于z~ 0的偏移是由更硬的电离辐射场、更高的电离参数和在给定O/H下比大多数本星系更高的N/O的组合来解释的，并且星系沿z~2.3恒星形成BPT轨迹的位置对气相氧丰度惊人地不敏感。在有效温度T_eff = 50000-60000 K，N/O接近太阳值的模型中，最容易再现观测到的星云发射线比。我们批判性地评估了常用的强线指数用于估计气相金属丰度的适用性，并考虑了激发敏感线指数和恒星质量之间经验关系中小的内在散射的影响（即，“质量-金属丰度”关系），z约为2.3。
2014-09-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
Triple-ionised carbon associated with the low-density neutral hydrogen gas at 1.7 < z < 3.3: the integrated N(HI)-N(CIV) relation
通过对23个高质量UVES/VLT和HIRES/Keck类星体光谱中183个1.7 <z <3.3的CIV系统的Voigt轮廓拟合分析，我们发现大多数CIV系统（约75%）在HI和CIV的积分柱密度之间表现出良好的标度关系，红移演化可以忽略不计，当所有HI和CIV分量的柱密度在以CIV通量最小值为中心的给定（-150，+150）km/sec范围内积分时。综合CIV柱密度N在logN（HI，sys）= 14.0 - 15.5和logN（HI，sys）= 15.0时，CIV（sys）随N（HI，sys）的增加而增加（CIV，sys）= 11.8--14.0，然后在log N（HI，sys）> 16时变得几乎与N（HI，sys）无关，具有大的分散性：在logN（HI，sys）= 14--22时，logN（CIV，sys）= C1/（log（NHI，sys）+C2）+C3，C1 =-1.90 +0.55，C2 =-14.11 +0.19，C3 = 14.76 +0.17。陡峭（平坦）的部分主要是无SiIV（SiIV富集）的CIV系统。外推N（HI，sys）-N（CIV，sys）关系意味着log N（HI）<14的大多数吸收器实际上没有CIV。N（HI，sys）-N（CIV，sys）关系对于单个组分、团簇或小于+-100 km/sec的积分速度范围不成立。无论HI + CIV气体在IGM暗条…
2016-01-18 astro-ph.CO astro-ph.GA
Discovery of three new near-pristine absorption clouds at $z=2.6$-4.4
我们报告发现了三个新的“近原始”莱曼极限系统（LLS），金属丰度约为1/1000太阳，在红移2.6，3.8和4.0，在凯克天文台有针对性的调查。八个候选者的高分辨率阶梯光栅光谱在七个LLS中产生了精确的氢柱密度和微弱但清晰检测到的金属线;我们以前报道过剩下的一个，显然是无金属的LLS，金属丰度<1/10000太阳。稳健的光电离建模提供了金属丰度[Si/H]=-3.05至-2.94，三个LLS的dex不确定度为0.26（95%置信度），其余四个的[Si/H]>~-2.5。以前的模拟表明，接近原始的LLS可能是PopIII超新星的残余物，因此将其详细的金属丰度与超新星模型的核合成产量进行比较是一个重要的目标。不幸的是，在每个新系统中最多检测到两种不同的金属，尽管它们的中性氢柱密度（10 ^{19.2 - 19.4} cm ^{-2}）比之前两个偶然发现的近原始LLS大两个数量级。尽管如此，第一次对近原始系统进行有针对性的调查的成功表明，未来更大规模的调查可以确定PopIII恒星的清晰观测特征。有了一个很好理解的选择函数，这样的调查也会产生近原始吸收体的数量密度，通过与未来的模拟进行比较，可以揭示这些稀有系统的起源。
2022-06-06 astro-ph.CO astro-ph.GA
MIGHTEE-HI: The direct detection of neutral hydrogen in galaxies at $z>0.25$
University of Oxford（牛津大学）；University of the Western Cape（西开普敦大学）；Rhodes University（罗兹大学）；South African Radio Astronomy Observatory（南非射电天文观测台）；University of Hertfordshire（赫特福德大学）；Universiteit Gent（根特大学）；University of Bristol（布里斯托大学）；Queen’s University（女王大学）
本文利用MIGHTEE巡天首次探测z>0.25的星系中性氢发射，发现11个星系，揭示高红移下中性氢质量与恒星质量关系，并首次测量bTFr关系，发现可能的演化迹象。
2026-03-27 astro-ph.CO astro-ph.GA
