Impact of inhomogeneous reionization on post-reionization 21 cm intensity mapping measurement of cosmological parameters
本文结合流体动力学与21cmFAST模拟，量化非均匀再电离对再电离后21 cm功率谱及宇宙学参数估计的影响，并评估SKA1-LOW与PUMA的探测前景及偏差缓解策略。
2023-10-02 astro-ph.CO
Constraints on Features in the Cosmological Power Spectrum from Observations of the Epoch of Reionization
P.N. Lebedev Physical Institute（P.N. 列别杰夫物理研究所）
该研究通过分析再电离时期观测数据，探讨了宇宙功率谱中矮星系尺度增强幅度对再电离时期的影响，并指出在考虑不确定性后，中等幅度的凸起模型未被排除。
2025-11-26 astro-ph.CO
Reionization and Beyond: detecting the peaks of the cosmological 21cm signal
宇宙学21厘米信号将成为早期宇宙最强大的探测器，第一代干涉仪旨在对再电离进行统计检测。当星系际介质被早期的X射线背景加热时，人们对再电离前时期的兴趣也越来越大。在这里，我们进行参数研究不同的晕质量托管星系，和他们的X射线生产效率。我们也将这些与热暗物质宇宙学的流行模型联系起来。对于每个参数组合，我们计算大尺度的信噪比（S/N）（k~0.1/Mpc）21 cm功率，用于再电离和X射线加热，使用几种仪器进行2000小时观测：128瓦Murchison宽场阵列（MWA 128 T），256瓦扩展（MWA 256 T），低频阵列（LOFAR），128元探测再电离时代精密阵列（PAPER）和第二代平方公里阵列（SKA）。我们表明，X射线加热和再电离在许多情况下是可比的可探测性。对于基准天体物理参数，MWA 128 T可能会探测到X射线加热，这要归功于其扩展的带通。当涉及到再电离时，MWA 128 T和PAPER也只能实现边缘检测，除非可以减轻更大规模的前景。另一方面，LOFAR应该检测到S/N > 10的再电离的合理模型。SKA将很容易地探测到X射线加热和再电离。
2014-04-05 astro-ph.CO
The redshifted HI 21 cm signal from the post-reionization epoch: Cross-correlations with other cosmological probes
利用红移21 cm观测数据对HI进行层析成像，为我们理解宇宙学背景演化和结构形成打开了一扇新的窗口。这是包括平方公里阵列（SKA）在内的几个即将到来的射电望远镜的关键科学目标。在这篇文章中，我们专注于再电离后的信号，并研究了21厘米信号与其他示踪剂的大尺度结构的互相关。我们认为，交叉相关的后再电离21厘米信号与莱曼α森林，莱曼破裂星系和晚时间各向异性的CMBR地图，如弱透镜和集成的萨克斯沃尔夫效应。我们研究了探测信号的可行性，并探讨了使用它获得宇宙学模型约束的可能性。
2016-10-26 astro-ph.CO
CMB polarization anisotropies from cosmological reionization: extension to B-modes
对宇宙电离历史的准确理解在现代宇宙学中起着基础性的作用。它包括标准复合时期之后的宇宙学再电离阶段，可能与结构和恒星形成的早期阶段有关。虽然简单的“τ-参数化”的再电离过程，特别是它的印记上的CMB各向异性可能代表一个足够准确的模型解释当前的CMB数据，一个很大的注意力最近已经提出了在CMB的再电离签名的准确计算的各种天体物理方案和物理过程。这项工作的目的是在一个仔细的表征的印记中引入的偏振各向异性，特别注意的B-模式。我们已经实现了一个修改版本的CAMB，宇宙学玻尔兹曼代码计算的角功率谱（APS）的各向异性的CMB，介绍了氢和氦的电离分数预测天体物理和唯象再电离的历史，超越简单的τ参数化。我们比较了这些模型的所有非零（在假设的情况下）模式的CMB APS获得的结果。的振幅和形状的B模式APS取决于，特别是在张量标量比，r，并在再电离的历史，因此，再电离过程的精确建模将有影响的精确测定r或设置更精确的约束，通过联合分析E和B模式的偏振数据，可在未来的下一代的任务。同时考虑到天体物理前景潜在残差的限制，我们讨论了下一个数据在很宽的r范围内对不同再电离情景进行分类的能力。
2012-05-02 astro-ph.CO
The Linear Perturbation Theory of Reionization in Position-Space: Cosmological Radiative Transfer Along the Light-Cone
非均匀再电离的线性微扰理论（LPTR）已发展成为预测再电离过程中总电离率和大尺度电离密度涨落功率谱的分析工具。在LPTR的原始公式中，电离平衡和辐射转移方程被线性化并在傅立叶空间中求解。然而，LPTR对辐射转移方程的完全解的近似并不容易解释，因为后者是在位置空间中最直观地概念化的。为了弥合LPTR和语言的数值辐射转移之间的差距，我们提出了一个新的，等效的，位置空间制定的LPTR，澄清的近似，使其便于解释。我们提供了一个比较LPTR和再电离（ESMR）的反射集模型，并展示了内置的LPTR的能力，探索范围广泛的再电离的情况下，并超越ESMR在探索涉及X射线的情况。
2015-04-14 astro-ph.CO
Cosmological forecast of the 21-cm power spectrum using the halo model of reionization
21厘米再电离功率谱是宇宙学和基础物理学的一个很有前途的探测器。然而，利用这种新的可观测性，需要快速的预测器能够有效地扫描非常大的宇宙学和天体物理学的不确定性的参数空间。在本文中，我们介绍了晕模型的再电离（HMreio），一个新的分析工具，结合了晕模型的宇宙黎明与重叠设置的气泡模型的再电离，假设一个经验的校正因子来处理重叠的电离气泡。首先，HMreio验证结果从著名的半数值代码21厘米FAST，显示了良好的整体协议的波模式的$k\lesssim 1$ h/Mpc。基于这一结果，我们进行了蒙特卡洛马尔可夫链（MCMC）预测分析，假设模拟数据从1000小时的观测与低频部分的平方公里阵列（SKA）天文台。我们同时改变了六个标准的宇宙学参数与七个天体物理滋扰参数量化的丰度和光谱特性的来源。根据假设的理论误差，我们发现非常有竞争力的宇宙学参数的限制。特别是，它将有可能最终测试目前的宇宙学张力与哈勃参数（$H_0$ -张力）和物质集群的振幅（$S_8$ -张力）。此外，中微子质量的总和可以受到很强的约束，使得在$\sim 90$百分比置信水平下确定中微子质量等级成为可能。然而，只有将当前的建模不确定性大幅降低至低于$\sim 3$ %，才能实现这些目标。
2023-02-13 astro-ph.CO
The escape fraction of ionizing photons from high redshift galaxies from data-constrained reionization models
高红移星系电离光子的逃逸分数f_{esc}是理解宇宙再电离和恒星形成历史的关键参数。然而，尽管作出了许多努力，但在很大程度上仍然不确定。我们提出了一种新的，半经验的方法的基础上，同时匹配的最近确定的亮度函数（LF）的星系在红移范围6 \leq z \leq 10与再电离模型的各种实验数据的约束。从这个过程中，我们得到了f_{esc}的最佳拟合值及其2 σ极限的演变。我们发现，在星系总体上取平均值，（i）逃逸分数从z=6时的f_{esc} = 0.068_{-0.047}^{+0.054}增加到z=8时的f_{esc} = 0.179_{-0.132}^{+0.331};（ii）在z=10时，我们只能设定f_{esc} > 0.146的下限。因此，尽管误差很大，但有迹象表明，从z=6到z=8，平均逃逸分数增加了2.6倍，这可能部分地缓解了“饥饿再电离”问题。
2012-09-26 astro-ph.CO
Is there another coincidence problem at the reionization epoch?
复合时物质密度与辐射能量密度之间以及物质密度与宇宙学常数之间的宇宙学符合是众所周知的。此外，我们指出，辐射的能量密度和宇宙学常数之间的第三个交叉点与再电离时代相吻合。为了量化这种并发的统计相关性，我们计算贝叶斯因子之间的和谐宇宙学与自由汤姆逊散射光学深度和一个模型，这个参数是推断从施加的时间之间的匹配的密度平等和时代的再电离。这是为了表征潜在的解释增益，如果一个人要找到一个无参数的物理连接。我们发现一个非常强烈的偏好，从目前的宇宙学观测的杰弗里斯规模这样的并发。我们还讨论了先验的选择，再电离历史的变化，和中微子质量的自由和的影响。我们还估计了从普朗克高频仪器和未来的21厘米调查的前景增加中间偏振数据的影响。在第一种情况下，对相关性的偏好仍然很大，而未来的数据可能会给出更具决定性的正面或负面结果。最后，我们提供了对这些发现的不同解释的讨论。特别是，我们展示了如何恒星形成的历史和宇宙学背景动力学之间的连接可以引起这种并发。
2017-07-11 astro-ph.CO
Impact of the reduced speed of light approximation on ionization front velocities in cosmological simulations of the epoch of reionization
耦合辐射流体动力学模拟的时代的再电离的目的是再现电离前沿的传播在过渡之前的HII区域的重叠。这些模拟中的许多使用基于矩的方法来跟踪辐射转移过程，使用显式求解器，因此受到严格的稳定性条件的光的速度，这意味着一个很大的计算成本。它可以通过假设光速降低来降低，这种近似现在被广泛用于产生大规模的再电离模拟。我们介绍了一种新的方法来估计和比较的基础上的再电离红移图的电离锋速度。我们将其应用到一组宇宙学模拟的再电离使用一组降低的光速，并测量在再电离过程中的电离前沿速度的演变。我们发现，电离前沿的进展，通过两个阶段的过程中，第一阶段在低速度的前端出现从高密度区域和第二个稍后的阶段之前的重叠，在此期间，前端速度增加接近光速。使用一组8 Mpc/h^3的小型模拟，我们发现0.3c的最小速度能够在此特定背景下模拟这两个阶段，而不会产生显著影响。低至0.05c的值可以模拟第一低速阶段，但限制了以后的加速度。较低的值始终修改前速度的分布。使用更大的64 Mpc/h^3体积，更好地解释了遥远的来源，我们发现光速的降低对再电离时间和在后期再电离的欠密度区域的波前速度有更大的影响。在具有慢锋的密集区域中测量的相同量对c值不太敏感。
2019-01-08 astro-ph.CO
Probing Cosmological Reionization through Radio-interferometric Observations of Neutral Hydrogen
再电离时代是宇宙演化史上最鲜为人知的篇章之一。本论文研究了利用HI 21-cm图揭示宇宙再电离历史的两种主要方法，其中讨论最多的方法是研究HI 21-cm再电离的全局统计性质。我们开发了计算多频角功率谱（MAPS）的形式，并将HI信号的统计量量化为角多极l和频率间隔Δ v的联合函数。我们采用了一个简单的模型HI分布，其中包括斑片状再电离，并使用它来研究电离气泡的MAPS签名。我们还研究了前景减法的含义。论文的一个主要部分探讨了在21厘米的地图中检测单个源周围电离气泡的可能性。我们提出了一种基于可见性的匹配滤波器技术，以最佳地结合来自电离气泡的信号，并最大限度地减少噪声和前景的贡献。形式主义作出明确的预测的能力，检测电离泡或最终排除其存在的无线电地图。给出了GMRT和MWA的结果。利用模拟的HI图，我们分析了泡外HI起伏对其探测能力的影响。各种其他问题，如（i）气泡大小的确定（ii）盲目搜索气泡，（iii）最佳红移气泡检测也进行了讨论。
2009-06-03 astro-ph.CO
No way ou$τ$: Epoch of Reionization Observations Do not Support Large Values of the Optical Depth to Reionization
Pengcheng Laboratory（鹏城实验室）；Tsinghua University（清华大学）
该研究结合CMB、BAO及再电离相关观测数据，采用Gompertzian再电离框架分析，得出再电离光深为0.067±0.011，在大于约2σ水平上偏好动力学暗能量，大尺度极化的系统误差难以解释该偏好。
2026-08-04 astro-ph.CO
Cross-correlation Study between the Cosmological 21-cm Signal and the kinetic Sunyaev-Zel'dovich effect
宇宙的再电离时代（EoR）可以使用一些提供补充或证实信息的观测探测器进行研究。这些探测器中的每一个都有其自身的系统和统计不确定性。因此，考虑这些数据集包含的互信息是有用的。在本文中，我们提出了一个相互关联的动力学Sunyaev-Zel'dovich效应（kSZ）-产生的CMB光子散射的自由电子在再电离过程中产生的-和宇宙学21厘米信号-它反映了宇宙的中性氢含量，作为红移的函数。利用100 Mpc/h尺度N体模拟中的再电离历史和辐射转移进行了研究。实质上，我们发现这两个探针是反相关的。反相关信号的重要性取决于再电离过程的程度，其中与瞬时情况相比，扩展的历史导致强得多的信号。然而，不幸的是，一旦主CMB波动被包括在我们的模拟中，它们就成为大的相关噪声的来源，使得互相关信号不重要，无论再电离情况如何。
2009-07-29 astro-ph.CO
Post-reionization HI 21-cm signal: A probe of negative cosmological constant
本研究探讨了包含负宇宙学常数和quintessence场的宇宙学模型，利用再电离后HI 21厘米信号的BAO特征预测了模型参数约束，发现负宇宙学常数结合phantom暗能量状态方程在SKA-mid实验下具有可行性。
2023-12-20 astro-ph.CO
Signals of the cosmological reionization in the radio sky through C and O fine structure lines
我们研究了强紫外源周围的紫外光子对C I，C II和O I精细结构能级的激发，强紫外源也是宇宙再电离的电离源，红移为$\sim 10$ .通过求解非平衡化学速率方程，计算了点源周围电离区的演化。通过精细结构线的UV光子的信号被认为在更丰富的化学物质C I、C II和O I的位置处更强。这样的环境将被实现，其中存在可用于泵浦精细结构能级的非电离UV线光子的强通量，并且同时电离UV光子被密集的HI区域有效地屏蔽。信号从H I区域的中等大密度诱导的红移紫外光子在点源发射的被发现是占主导地位的大比其他人。我们讨论的信号的可探测性，并表明，从理想化的环境中的信号将有可能被检测到的下一代阵列的无线电观测后，阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（ALMA）。
2011-09-05 astro-ph.CO
Will Nonlinear Peculiar Velocity and Inhomogeneous Reionization Spoil 21cm Cosmology from the Epoch of Reionization?
来自再电离时期的21厘米背景是一个很有前途的宇宙学探测器：视线速度起伏扭曲红移，因此傅立叶空间中的亮度起伏取决于角度，线性理论表明可以将宇宙学信息与天体物理信息分开。然而，电离、密度和速度的非线性波动改变了这一点。分离方案的有效性和准确性进行了测试，在这里的第一次，详细的再电离模拟。该方案在再电离早期（< 40%电离）工作得相当好，但在再电离晚期（> 80%电离）则不好。
2013-03-01 astro-ph.CO astro-ph.IM
Rapid late-time reionization: constraints and cosmological implications
本文用 Lyα、BAO、BBN 及多尺度 CMB 等独立数据约束再电离光深，支持快速晚期再电离，并指出小尺度 CMB 组合存在 4σ 张力，动力学暗能量等模型可恢复一致性。
2025-08-28 astro-ph.CO
Cosmological Magnetogenesis: The Biermann Battery during the Epoch of Reionization
在SPHINX项目中开发保结构的约束传输数值方法研究再电离时期Biermann电池效应，发现三种磁场产生通道，其中超新星外流通道在巨晕周围星际介质中产生高达$10^{-18}$ G的磁场。
2021-05-19 astro-ph.CO
The Impact of ionization Morphology and X-ray Heating on the Cosmological 21cm Skew Spectrum
本文利用MERAXES模拟计算21厘米信号偏度谱，研究X射线加热和再电离的非高斯特征，发现归一化偏度谱在再电离中后期出现与电离拓扑和中性岛相关的波谷与峰值，并可由SKA_LOW探测。
2024-02-27 astro-ph.CO
Cosmological signatures of tilted isocurvature perturbations: reionization and 21cm fluctuations
我们研究了功率谱为蓝倾且谱指数为2<p<4的不相关等曲率微扰的宇宙学特征。这样的等曲率功率谱可以促进小尺度结构的早期形成，特别是暗物质晕和星系，从而可能解决在高红移（z~7-8）星系观测中提出的电离光子短缺问题，但这是在z~10时重新定义宇宙所必需的。我们主要集中在如何形成的暗物质晕可以被修改，并探讨CMB各向异性的光谱形状和再电离光学深度之间的连接作为一个强有力的探针的一个高度蓝色倾斜的等曲率原始功率谱。我们还研究了21厘米线波动的后果，由于中性氢在minihalos。再电离光学深度和21厘米线波动的测量相结合，将提供一个高度蓝色倾斜等曲率功率谱的互补探针。
2013-11-13 astro-ph.CO hep-ph
Mean Energy Density of Photogenerated Magnetic Fields Throughout the Epoch of Reionization
磁场在宇宙中无处不在。它们似乎存在于几乎所有的尺度和所有的时代。然而，宇宙学尺度上的场是天体物理学的还是宇宙学的起源仍然是一个悬而未决的主要问题。在这里，我们专注于天体物理机制的基础上的星系际介质的光电离在时代的再电离。基于以前描述孤立电离源周围物理机制的研究，我们在这里提出了一个分析模型来估计这种机制对整个宇宙磁化的贡献水平，这要归功于源的分布，在早期发光结构形成之前和旁边。该模型表明，在任何放大过程之前，宇宙可能会通过这种机制被整体磁化到至少几个$10^{-20}$ ~G随动的量级（即再电离时期的几个$10^{-18}$ ~G）。
2017-11-27 astro-ph.CO
Cosmological contribution from population III stars in ultracompact minihalos
在这项工作中，我们调查人口~III~（人口。III）用Planck观测资料研究超紧小晕~（UCMH）中的恒星对宇宙电离历史的影响。虽然高红移天体物理学尚未被理解，但UCMH可以主持波普。III型恒星类似于标准结构形成情景中形成的晕。这样的流行。III型恒星在主序期间会发射电离光子，并在高红移时促进宇宙再电离。为了研究它们对宇宙整体电离的影响，我们在$z_{\mathrm{reio}}$表示的“tanh”型再电离模型的基础上，增加了表征UCMH初始质量和数密度的两个参数，模拟了宇宙再电离的演化.我们用最新的普朗克观测数据对我们的再电离模型进行了蒙特卡罗马尔可夫链分析。结果表明，当UCMH的初始质量大于$10^{8.4}\mathrm{M}_{\odot}$时，UCMH的数密度受到严格限制。然后，当我们假设标准的"tanh”型再电离由$z=3$发生时，我们通过对UCMH数密度的约束，如尺度中的$\mathcal{A}_ζ\lesssim 10^{-8}$，$k\lesssim 50\mathrm{Mpc}^{-1}$，得到对原始功率谱振幅的约束，从而设置$z_{\mathrm{reio}}>3$。
2022-12-26 astro-ph.CO
Cosmological probes of helium reionization
本研究提出联合宇宙红外背景、高红移星系与CMB数据，通过运动学苏尼亚耶夫-泽尔多维奇层析成像探测氦再电离时期，预计未来结合多设备数据可达8-10σ探测显著性，助力理解早期天体物理过程。
2023-08-01 astro-ph.CO astro-ph.GA
Effect of the Early Reionization on the Cosmic Microwave Background and Cosmological Parameter Estimates
早期再电离（ERE）被认为是发生在复合之后，但在第一代恒星引起的瞬时再电离之前的一个物理过程。研究了大尺度电离辐射对宇宙微波背景（CMB）的温度谱和偏振谱的影响，并采用主成分分析（PCA）方法对大尺度电离辐射过程中的电离历史进行了模型独立重建。此外，我们还讨论了ERE对宇宙学参数估计的影响，发现在目前实验的灵敏度范围内，ERE对张量标量比$r$和中微子质量没有明显影响.更好的CMB偏振数据可以用来给一个更严格的约束的ERE，并可能是重要的更精确地约束宇宙学参数在未来。
2017-05-12 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Weibel Instability-Driven Seed Magnetic Fields during Reionization
The Ohio State University（俄亥俄州立大学）
研究再电离期间Weibel不稳定性如何通过各向异性生成种子磁场。
2026-09-04 astro-ph.CO
Reionization history and CMB parameter estimation
我们研究如何在宇宙的再电离历史的不确定性影响其他宇宙学参数的估计从宇宙微波背景。我们分析WMAP7数据和合成普朗克质量的数据产生的一个现实的情况下，从高分辨率数值模拟获得的宇宙再电离历史。我们进行参数估计，使用一个简单的突然再电离近似，并使用Mortonson和胡提出的主成分分析（PCA）技术。我们得出两个主要结论：（1）采用简单的突然再电离模型不会将可测量的偏差引入到其他参数的值中，这表明为了从未来的CMB数据集（如普朗克）估计参数，不需要再电离的详细建模。(2)PCA分析不允许在现实情况下准确重建宇宙的实际再电离历史。
2012-11-29 astro-ph.CO
FlexRT -- A fast and flexible cosmological radiative transfer code for reionization studies I: Code validation
本文提出并验证了新型宇宙学辐射传输代码FlexRT，它结合自适应光线追踪与灵活的星际电离不透明度处理，有效应对再电离建模的多尺度与高计算成本挑战，并在标准测试与宇宙学模拟中验证了其可靠性。
2024-12-18 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
Neural network emulation of reionization to constrain new physics with early- and late-time probes
本文提出 NNERO 神经网络模拟器，用于快速准确模拟自由电子比例演化与再电离光深，支持结合 CMB 和 21 cm 等探针约束冷/非冷暗物质模型参数。
2025-03-14 astro-ph.CO
A hidden reionization prior biases cosmological inference
Shanghai Astronomical Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海天文台）
研究发现标准单调再电离历史与观测数据冲突，引入早期再电离成分可放宽中微子质量上限并改变σ8，揭示再电离形状是宇宙学推断中的隐含先验。
2026-06-29 astro-ph.CO astro-ph.GA
Tracing the Sources of Reionization in Cosmological Radiation Hydrodynamics Simulations
我们使用Katz等人提出的光子通量和吸收示踪算法。2018年，研究不同质量的晕和不同年龄和金属量的恒星对宇宙再电离的贡献。我们采用了一套宇宙学的多频辐射流体动力学AMR模拟，仔细校准再现一个现实的再电离历史和星系的属性在$z \geq 6$。在我们的模拟中，质量为$10^9{\rm M_{\odot}}h^{-1}<M<10^{10}{\rm M_{\odot}}h^{-1}$的晕、金属丰度为$10^{-3}Z_{\odot}<Z<10^{-1.5}Z_{\odot}$的恒星和年龄为$3\,{\rm Myr} < t < 10 \, {\rm Myr}$的恒星在质量和体积上都主导了再电离。我们表明，来源，reflecting宇宙的体积大部分的$z=6$不一定是相同的来源，占主导地位的元银河系紫外线背景在相同的红移。我们进一步表明，在我们的模拟中，每种类型的源再电离的贡献是不均匀的不同的气相。IGM，CGM，灯丝，ISM和稀薄超新星加热气体都被不同类别的源光电离。碰撞电离在最低和最高密度下都有贡献。在早期阶段的个别HII气泡的形成，再电离进行与形成的同心壳的气体电离的不同类别的来源，导致大的温度变化作为一个函数的galacto-centric半径。因此，单个HII气泡的温度结构可能会让我们深入了解作为第一个电离源的星系的恒星形成历史。我们的探索性模拟突出了如何通过使用我们的光子示踪算…
2018-11-20 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Opacity of the Intergalactic Medium During Reionization: Resolving Small-Scale Structure
在再电离过程的早期，星系际介质（IGM）在小尺度上是非常不均匀的，这是由于中性IGM中的低金斯质量和冷暗物质宇宙中结构的分层生长。这个小尺度的结构在再电离时期充当了重要的汇，阻碍了从第一个电离辐射源扫出的电离前沿的进展。在这里，我们提出了高分辨率的宇宙学流体动力学模拟，解决了宇宙学的牛仔裤质量的中性IGM在代表性的卷数兆位差距。绝热流体动力学，我们遵循的是适当的，在未加热IGM，气体有机会响应光电离加热之前。我们的重点是确定宇宙学模拟所需的分辨率，以充分采样和解决小尺度结构调节不加热IGM的不透明度。我们发现需要质量为mdm 1 Mpc的暗物质粒子< 50 Msun and box size of L >.我们的收敛结果显示如何电离辐射的平均自由程和电离氢的聚集因子依赖于紫外背景（UVB）流量和红移。例如，我们发现，在z = 10时，电离率为γ ~ 0.3 ~ 3 x 1 e-12 s^-1时，聚集因子通常为10 ~ 20，相应的平均自由程为~ 3 ~ 15 Mpc，这将先前关于平均自由程演化的工作扩展到了更小的尺度和更早的时间。
2013-10-18 astro-ph.CO
Dark Twilight Joined with the Light of Dawn to Unveil the Reionization History
改进测量的宇宙微波背景极化普朗克允许一个详细的研究超出平均光学深度的再电离。较低的光学深度值不利于早期开始和早期完成的reionization有利于redsfhit范围内，不同的天体物理探测器提供合理的信息，再电离源和星系际介质的状态。在这项工作中，我们扩展了我们以前的研究，其中我们通过结合三种不同的探针- CMB，UV光度密度和中性氢分数数据-在治疗和数据中约束再电离：我们首先允许UV源项的变化，改变UV发光度转换成电离光子的效率与逃逸分数的乘积以及再电离和宇宙学参数，然后，我们调查的影响，一个不太保守的削减紫外光度函数。我们发现，估计的效率是一致的95%C. L。与我们在以前的结果中考虑的固定值，并且主要受QHII数据的约束。我们发现，允许效率的变化不会显着影响我们的平均光学深度的单调再电离历史的结果，恢复$τ=0.0519_{-0.0008}^{+0.0010}$在68% CL，与我们以前的研究一致。使用一个不太保守的削减紫外光度函数，我们发现$τ=0.0541_{-0.0016}^{+0.0013}$在68% CL，由于我们使用的数据中的光度函数的暗端，这也更倾向于从较高的红移较大的贡献。
2022-01-12 astro-ph.CO
Probing the Epoch of Reionization with the Lyman Alpha Forest at z~4-5
不均匀的宇宙学再电离过程在z=4-5的星系际介质中留下了有形的印记。莱曼α森林通量功率谱提供了一个潜在的强大的探测时代的再电离。利用现有的SDSS I/II类星体样品，在没有其他物理过程影响Lyman α通量功率谱的情况下，利用z=4.5 ± 0.5处的Lyman α森林吸收谱，可以在~7 σ水平上区分两种宇宙学再电离方案，一种在z=6处完成再电离，另一种在z=9处完成再电离.红移范围z=4-5可能提供最好的窗口，因为仍然有足够的透射通量和类星体来测量通量波动的精确统计，并且IGM仍然保留了大量的再电离记忆。
2009-07-09 astro-ph.CO astro-ph.GA
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
Self-Consistent Modeling of Reionization in Cosmological Hydrodynamical Simulations
类星体和星系发出的紫外背景辐射（UVB）控制着星系际介质（IGM）的电离和热状态，调节着高红移星系的形成，因此是模拟宇宙再电离的关键量。绝大多数的宇宙学流体动力学模拟实现UVB通过一组空间均匀的光致电离和光热速率来自UVB合成模型。我们表明，模拟使用规范的UVB率reflection，也许更重要的是，虚假加热IGM，早得多的z ~ 15比他们应该。这个问题的出现是因为在z > 6时，不存在观测约束，UVB振幅太高。我们引入了一种新的方法来解决这个问题，我们产生自洽的光电离和光加热率模型任何选择的再电离的历史。按照这种方法，我们运行一套不同的再电离方案的流体动力学模拟，并探讨再电离的时间和随之而来的热注入对IGM的热状态的影响。我们提出了一个全面的研究IGM气体的压力平滑尺度，说明其依赖于氢和氦的再电离的细节，并认为它在解释莱曼α森林统计和热演化的IGM中起着基础性的作用。我们发现的过早的IGM加热意味着以前的工作可能大大高估了光电离反馈对星系形成的影响，这设置了能够形成高红移恒星的最小晕质量。我们公开了新的UVB光电离和光加热速率，以供未来的模拟使用。
2017-03-17 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Constraints On Dark Matter From Reionization
本会议论文集简要总结了Menci等人在2016年和2017年提出的对热WDM候选物质质量的限制，以及Romanello等人在2021年提出的关于再电离情景如何受到早期星系形成影响的结果。在WDM宇宙学中。在再电离时代（$z>$ 6）的星系丰度取决于基本的宇宙学参数，最重要的是对暗物质的属性，这样它可以被用作一个强大的宇宙学探测器。在这里，我们将展示如何原始星系的数量密度允许限制热WDM候选人的质量，我们讨论的约束，将有可能通过未来的JWST观测。然后，我们研究了在不同的宇宙学场景中，再电离过程是如何受到早期星系形成的影响。本文利用半解析模型和抑制的初始功率谱，得到了热暖暗物质和无菌中微子宇宙学中的紫外光度函数。对于每一种宇宙学，我们找到一个固定的$f_{esc}$的上限，这保证了过程在$z<6.7$完成。
2023-01-10 astro-ph.CO astro-ph.GA
Kickstarting Reionization with the First Black Holes: the effects of second-order perturbation theory in pre-reionization volumes
我们使用两种众所周知的初始化宇宙学$N$ -体模拟的方法来探索黑暗时代（$z\sim 30-6$）的结构形成。总的来说，泽尔多维奇近似（\za）和二阶拉格朗日微扰理论（\lpt）都被认为能产生精确的现今暗物质晕质量函数。然而，由于\lpt方法驱动了致密区域的更快演化，它增加了稀有大质量天体的出现--这种效应在高红移时最为明显。我们发现，\lpt产生更多的晕，可以窝藏人口III恒星和他们的黑洞残余物，他们产生他们更早。虽然\lpt和\za质量函数之间的差异几乎被$z=6$消除，但这对黑洞数量和质量的微小推动使早期宇宙的再电离体积增加了一倍多。我们讨论了再电离和大质量黑洞增长的影响。
2012-11-06 astro-ph.CO
Background reionization history from omniscopes
在再电离时期（EoR）的中性氢的21厘米亮度温度波动的测量应该开创下一代宇宙学观测。在这方面，许多工作都集中在从占主导地位的再电离前景的宇宙学信号的消歧。然而，即使在完美的前景删除，我们对背景再电离历史的无知可以显着影响宇宙学参数的估计。特别是，氢电离分数，重子密度和观测红移的光学深度之间的相互依赖性诱导的宇宙学参数之间的非平凡的简并，尚未被考虑到目前为止。使用一个简单的，但一致的再电离模型，我们重新审视他们的预期约束的未来的巨大的21厘米的全视仪首次使用马尔可夫链蒙特卡罗（MCMC）方法对多红移全天空模拟数据。我们的结果符合通常的Fisher矩阵分析的三维平坦天空的功率谱，但只有当上述退化保持在控制之下。在相反的情况下，Fisher的结果可能不准确。我们表明，这些条件可以通过结合宇宙微波背景测量与多个观测红移探测EoR的开始。这使得一个精确的重建的总光学深度，再电离持续时间和最大自旋温度。最后，我们讨论了这些结果在未解决的电离源的存在下的鲁棒性。虽然大多数的标准宇宙学参数仍然受到微弱的影响，我们发现一个显着的退化的背景再电离参数估计在滋扰电离源的存在。
2013-01-09 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
First Results from the Lyman Alpha Galaxies in the Epoch of Reionization (LAGER) Survey: Cosmological Reionization at z ~ 7
我们目前的第一个结果，从正在进行的LAGER项目（莱曼阿尔法星系在时代的再电离），这是最大的窄带调查$z \sim$ 7星系的日期。使用专门为NOAO/CTIO 4米布兰科望远镜上的超级大面积暗能量相机（DECam）建造的窄带滤波器NB 964，LAGER在3 deg PDMATHAMN COSMOS领域收集了34小时的NB 964窄带成像数据。我们已经确定了23个莱曼阿尔法Ehrman（LAE）候选人在$z$ = 6.9在中央2度$^2$区域，其中DECam和公共COSMOS多波段图像存在。由此产生的光度函数可以被描述为一个Schechter函数，在亮端有一个显著的过量（4个星系的$L_{Lyα} \sim $ 10 $^{43.4\pm0.2}$ erg s $^{-1}$）。在$L_{Lyα}\sim$ 10 $^{43.4\pm0.2}$和$^{-1}$处的数密度与z= 6.6相比几乎没有变化，而在较暗的$L_{Lyα}$处，数密度显著降低。总的来说，我们看到Ly $α$光度密度从$z$ = 5.7减少到6.9。结合一个更温和的演变的连续紫外线光度密度，这表明一个因素的$\sim 3$抑制的Ly $α$通过辐射传输通过$z \sim$ 7星系际介质（IGM）。它表明IGM中性分数$x_{HI}$ $\sim$为0.4- 0.6（假设Ly $α$速度偏移为100-200 km…
2017-06-14 astro-ph.CO astro-ph.GA
Principal component analysis of the reionization history from Planck 2015 data
宇宙瞬时再电离的简单假设可能会使宇宙学参数的估计产生偏差。在本文中，再电离历史的模型无关的主成分方法被应用到最近的普朗克2015年数据的宇宙学参数的约束。我们发现宇宙在红移$z \ge 8.5$为95% CL时没有完全重电离。再电离光学深度和物质涨落幅度均高于标准瞬时再电离方案，但与标准瞬时再电离方案一致。物质涨落幅度的高估计值加强了普朗克CMB观测与一些天体物理数据之间的紧张关系，如星系团计数和弱透镜。如果允许中微子质量变化，这种张力就可以得到明显的缓解。由于高的标量谱指数，低尺度自发破缺的SUSY暴胀模型可以很好地拟合数据，这在普朗克分析中在95%CL下是不受欢迎的。
2015-09-04 astro-ph.CO hep-ph
Semi-analytical description of clumping factor and CMB free-free distortions from reionization
宇宙的密度对比，用物质功率谱及其方差来参数化，可以放大等离子体中自由-自由过程的信号。尺度小于DM粒子自由流尺度的波动阻尼对应于大波数k的总物质功率谱的抑制。我们推导出的时间演化的各种宇宙模型和参数的物质功率谱的方差通过数值计算的功率谱与玻尔兹曼代码CAMB的修改版本，对于不同的值的截止参数kmax。适当的解析近似的数值结果。然后，我们描述的CMB自由-自由光谱失真占来自聚集因子的放大效应。事实上，与星系际介质密度对比相关的块状物随着红移的减小而增加。选择天体物理学和唯象宇宙学再电离的历史，我们评估的自由自由失真的聚集因子的影响，并讨论预测信号的波长依赖性进行分析。最后，我们解决了与其他类别的不可避免的CMB光谱失真和未来的观测前景的比较。虽然再电离的康普顿化在高频下占主导地位，但在所考虑的模型中预测的自由-自由信号在低于约25 GHz（10 GHz）的频率下以几个（几十个）百分比的水平对失真做出贡献，并且代表低于约4 GHz的主要签名。从HI 21厘米背景的宇宙学信号被发现占上风的自由-自由失真在一个限制，模型依赖的频率窗口之间约0.1和0.2 GHz。
2013-10-23 astro-ph.CO
Constraining the Initial Mass function in the Epoch of Reionization from Astrophysical and Cosmological data
利用JWST光度函数等多类数据构建半经验再电离模型，通过贝叶斯推断约束恒星初始质量函数，发现其斜率在-2.8至-2.3之间且小质量端受抑，并缓解了JWST大质量星系与标准宇宙学的矛盾。
2024-03-13 astro-ph.CO astro-ph.GA
Reconstruction of Cosmological Initial Density Field with Observations from the Epoch of Reionization
提出利用再电离时期的 H I 21 cm 和 CO 谱线强度图重建宇宙学初始密度场，采用共轭梯度法最小化代价函数，模拟显示均方根误差低于7%，证明了该高红移重建方法的有效性与稳健性。
2023-11-25 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Spatially adaptive radiation-hydrodynamical simulations of galaxy formation during cosmological reionization
我们提出了一套宇宙学辐射流体动力学模拟的星系组装驱动的星系际介质（IGM）在z >~ 6的再电离。模拟帐户的流体动力学反馈光电离加热和爆炸的大质量恒星超新星（SNe）。我们的参考模拟是在一个尺寸为25兆秒差距/小时的盒子中使用2 x 512 ^3个粒子进行的，产生了合理的再电离历史，并与观察到的星系紫外光度函数相匹配。不同的盒子大小和分辨率的模拟被用来研究数值收敛，和模拟中，无论是SNe或光电离加热或两者都被关闭，被用来研究从恒星形成的反馈的作用。电离辐射的处理使用精确的辐射转移在高空间自适应分辨率，在该流体动力学进行。SN反馈强烈地降低了恒星形成率（SFR）在几乎整个质量范围内的模拟星系，并需要产生SFR与观测一致。光加热有助于抑制低质量星系中的恒星形成，但它对宇宙SFR的影响很小。由于光热效应被强烈的SN反馈所掩盖，因此它不会在紫外星系光度函数上留下签名，尽管我们注意到我们的分辨率不足以模拟通过分子氢跃迁冷却的恒星形成迷你晕。光加热确实对再电离提供了强的正反馈，因为它平滑了IGM中的密度波动，这大大降低了IGM的复合率。我们的模拟表明，一个紧密的非线性耦合的星系形成和再电离，激发需要准确和同时列入的光加热和SN反馈模型的早期宇宙。
2015-05-03 astro-ph.CO astro-ph.GA
Optimized Multi-Frequency Spectra for Applications in Radiative Feedback and Cosmological Reionization
近年来，辐射转移算法在许多流体力学程序中的应用，使得对各种天体物理环境中反馈的研究有了显著的改进。然而，由于方法的限制和计算费用，辐射源的光谱通常仅以几个均匀间隔的离散发射频率进行采样。使用一维辐射转移计算，我们调查的差异，周围的气体性质的模型恒星和吸积黑洞所产生的完全是由于光谱离散。我们发现，即使在理想化的情况下，一个静态的和均匀的密度场，常用的离散化方案引起的中性分数和温度的误差的因素平均为2至3，并超过一个数量级在某些列密度制度。在大尺度、密集气体团和由多种化学物质组成的介质上运行的辐射反馈的后果是最严重的。我们已经开发了一种方法，用于优化构建离散光谱，并表明，对于两个测试用例的兴趣，精心选择的四箱光谱可以消除与频率分辨率的高精度的错误。将这些发现应用于早期宇宙的全三维辐射流体动力学模拟，我们发现原始恒星周围的HII区域在大小和形态上都发生了重大变化，证实了一维预测，即离散光谱能量分布可能导致介质物理性质的相当大的不准确性，因此，随后的演变和嵌入其中的物体的可观察特征。
2012-07-23 astro-ph.CO
Models of the Cosmological 21 cm Signal from the Epoch of Reionization Calibrated with Lyman-alpha and CMB Data
在这里，我们提出了21厘米的预测，从高动态范围模拟的范围内的再电离的历史，已被测试对可用的莱曼α和CMB数据。我们正在进行的和即将到来的实验中的再电离的后期阶段的限制，其中氢自旋温度显着大于CMB温度的预测空间21厘米波动的可观测性进行评估。与现有的莱曼α数据和宇宙微波背景辐射测量的汤姆逊光学厚度一致的模型预测，在红移z=7--10的情况下，21 cm亮温的方差在10--20 mK^2之间，这是正在进行的和即将进行的实验所能达到的尺度（k < 1 h/cMpc）。这仅仅是比正在进行的信号均方根值实验所声称的灵敏度低几个系数。我们的再电离历史的不同模型作出了显着不同的预测红移的演变，从而21厘米功率谱的频率依赖性，并应容易辨别的LOFAR（后来HERA和SKA 1）在其设计灵敏度。我们的模拟有足够的分辨率来评估高密度莱曼极限系统的影响，这些系统可以自我屏蔽电离辐射，即使周围的氢高度电离，也能保持21厘米的亮度。我们的模拟预测，包括在高度电离的区域中的自保护气体的影响，减少了约30%的大规模21厘米的功率。
2016-09-12 astro-ph.CO astro-ph.GA
Do JWST reionization (optical depth) puzzle, cosmological tensions, and CMB anomalies imply Harrison-Zel'dovich spectrum?
本文基于Planck、ACT和SPT数据，发现采用Harrison-Zel'dovich原初谱的ΛCDM模型可将再电离红移提高到与JWST观测一致，并缓解H_0和S_8张力，但会加剧透镜和曲率异常。
2025-07-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
Tantalizing Evidence of Reionization Relics in the eBOSS DR16 Ly$\boldsymbolα$ Forest Correlations: a Preference for Early Reionization
Tsinghua University（清华大学）；Peng Cheng Laboratory（鹏城实验室）
本文利用eBOSS DR16数据重新分析Lyα森林BAO测量，首次纳入再电离记忆，发现含再电离遗迹的模型拟合更好且倾向早期再电离，同时显著影响非BAO参数，强调其在宇宙学分析中的重要性。
2025-11-11 astro-ph.CO
Optical depth to reionization in a Universe with multiple inhomogeneous domains
S. N. Bose National Centre for Basic Sciences（S.N. 玻色基础科学国家中心）；Universidad de Salamanca（萨拉曼卡大学）；INFN, Sezione di Roma（意大利国家核物理研究所罗马分部）；Università di Roma “La Sapienza”（罗马第一大学）
利用Buchert平均形式主义，研究包含物质不均匀性反馈的宇宙学设置中的再电离光学深度，通过多域模型参数化并使用PantheonPlus+SH0ES超新星样本进行MCMC分析，得到τ_reion=0.0581，更接近观测估计，并适度缓解哈勃张力。
2026-06-12 astro-ph.CO
Extracting the Optical Depth to Reionization $τ$ from 21 cm Data Using Machine Learning Techniques
即将到来的测量高红移21厘米信号的时代的再电离（EoR）是一个有前途的探测天体物理学的第一个星系和宇宙学参数。特别是，光学深度$τ$的最后散射表面的宇宙微波背景（CMB）应严格约束的直接测量的中性氢状态在高红移。一个强大的测量$τ$从21厘米的数据将有助于消除它作为一个讨厌的参数从宇宙学参数的CMB估计。以前的建议提取$τ$从未来的21厘米数据集通常使用的21厘米功率谱产生的半数值模型，以重建再电离的历史。我们在这里提出了一种不同的方法，该方法使用卷积神经网络（CNN）在21 cm EoR信号的模拟图像上训练，以提取$τ$。我们构建了一个改进了之前提出的架构的CNN，并执行自动超参数优化。我们表明，经过良好训练的CNN能够准确地预测$τ$，即使在去除傅立叶模式时，这些模式预计会被21 cm信号的明亮前景污染所破坏。优化网络的典型随机误差小于$3.06\%$，偏差因子更小。虽然是初步的，但这种方法可以产生对$τ$的约束，从而改善CMB的低$\ell$ EE观测的样本方差有限测量，使这种方法成为对推断$τ$的更传统方法的有价值的补充。
2021-03-26 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
On the Properties of Cosmological Ionization Fronts
本文利用CROC模拟研究了再电离时期宇宙学电离前沿的速度、曲率及其与IGM密度场的关系，发现势垒穿越模型在高速区和高密度区表现良好，但在低速尾部和低密度区存在局限，为连接小尺度物理与大尺度可观测量提供了详细表征。
2025-04-28 astro-ph.CO
pyC$^2$Ray: A flexible and GPU-accelerated Radiative Transfer Framework for Simulating the Cosmic Epoch of Reionization
本文提出GPU加速的辐射传输框架pyC$^2$Ray及ASORA算法，在保持精度（差异约$10^{-5}$）的同时，将宇宙再电离模拟中的光线追踪计算速度提升了两个数量级。
2024-07-29 astro-ph.CO
