Inferring the Thermal History of the Intergalactic Medium from the Properties of the Hydrogen and Helium Lyman-alpha Forest
星系际介质（IGM）气体的起源于遥远类星体光谱中的莱曼α森林，它编码了关于结构形成的物理学信息和扩散重子物质的早期热力学。在这里，我们使用了一个庞大的套件的400多个高分辨率的宇宙流体动力学模拟运行的图形处理单元加速代码Cholla研究IGM在高空间分辨率保持在整个计算量。模拟捕捉范围广泛的可能的星系际气体的热历史，通过改变的幅度和时间的光加热和光电离背景所产生的恒星形成的星系和活动星系核。在2.2 <= z <= 5.0的整个范围内，将合成光谱与观测到的14个红移仓中氢的一维通量功率谱以及在2.4 < z < 2.9的范围内5个红移仓中氦的莱曼α不透明度进行统计比较，严格限制了IGM的光电离和光加热历史。通过利用现有的莱曼-阿尔法森林数据的约束力来打破模型简并，我们发现IGM经历了两个主要的再加热事件，从氢和氦的非平衡电离超过1.2 Gyr的宇宙时间。对于我们的最佳拟合模型，氢再电离在z~6.0时完成，第一个IGM温度峰T_0 ~ 1.3x10^4 K，然后是He II的再电离，在z~3.0时完成，产生第二个温度峰T_0 ~ 1.4x10^4 K。我们将讨论如何使用我们的结果来获得有关氢和氦再电离的时间和来源的信息。
2022-06-05 astro-ph.CO
Forecast Cosmological Constraints with the 1D Wavelet Scattering Transform and the Lyman-$α$ forest
University of California Riverside（加州大学河滨分校）；University of Washington（华盛顿大学）；Colorado State University（科罗拉多州立大学）
本文利用一维小波散射变换和Lyman-α森林预测宇宙学约束，发现其比功率谱更有效，能显著提高参数空间的约束精度。
2024-06-03 astro-ph.CO
Quasar Ionization Front Lyα Emission in an Inhomogeneous Intergalactic Medium
类星体在再电离过程中的电离前沿（T ~ 30，000 K，中性氢分数~ 0.5）的条件是通过氢原子的碰撞激发产生莱曼α发射的理想条件。对这种辐射的观测，可以在天空中对向大于10弧分的$^2$，将明确地证明在所观测的时期存在中性星系际介质，对再电离的进展施加有价值的限制。我们发现，预期的莱曼α表面亮度明显弱于先前确定的，可能是不可能观察到与当前和不久的将来的仪器。过去的工作计算了莱曼α发射从类星体电离前在均匀介质中的聚集因子近似占不均匀性。我们发现，使用一维辐射转移计算，这种近似高估了发射的一个因素>3。我们的计算模型的电离光子的传播和计算莱曼α发射类星体电离前沿的视线从流体动力学宇宙学模拟在z = 7.1。为了更好地理解发射的物理性质，我们还开发了一个分析模型，准确地描述了完整的辐射转移计算的结果。
2014-09-02 astro-ph.CO
Intergalactic Lyman-$α$ haloes before reionization are detectable with JWST
本文利用JWST观测到的紫外光度并结合数据驱动方法，预测了再电离时期星系际莱曼-α晕的可探测性，发现单个亮晕可在z≲9被探测，堆叠约10个晕可探测至z∼16，为揭示中性星系际氢提供途径。
2024-10-03 astro-ph.CO astro-ph.GA
Playground of Lognormal Seminumerical Simulations of~the~Lyman~$α$ Forest: Thermal History of the Intergalactic Medium
本研究测试了对数正比半数值模拟在恢复热参数和Jeans长度方面的应用，通过MCMC方法分析红移3至5的类星体吸收光谱，证明其能有效恢复热参数并可用于宇宙学参数推断。
2024-12-23 astro-ph.CO
Particle mesh simulations of the Lyman-alpha forest and the signature of Baryon Acoustic Oscillations in the intergalactic medium
我们提出了一套超大粒子网格模拟的LyA森林的目标是了解的重子声学振荡（BAO）在星系间介质的印记。我们使用9只暗物质的模拟，可以，第一次，同时解决金斯尺度的星系际气体，同时涵盖了大量的需要充分采样的声学功能。模拟吸收光谱使用波动耿-彼得森近似产生，具有近似正确的通量概率密度函数（PDF）和小尺度功率谱。在更大的尺度上，在红移空间的关联函数中有明显的声学特征的证据，它与具有恒定偏差的线性理论模板相匹配。我们公开提供的这些光谱可用于测试管道，计划未来的实验和模拟各种物理效应。作为一个例子，我们讨论了森林中的声信号的基本性质，噪声和源数密度的误差缩放，修改统计处理平均通量演变和误判，和非引力源，如光电离背景和温度波动的波动由于HeII再电离。
2010-02-27 astro-ph.CO
Revealing reionization with the thermal history of the intergalactic medium: new constraints from the Lyman-$α$ flux power spectrum
本文利用$4.0\lesssim z\lesssim5.2$的Lyman-$α$森林通量功率谱对星系际介质（IGM）再电离期间和再电离后的热历史进行了新的研究。使用15个高分辨率光谱的样本，我们测量了这些红移（$-1\lesssim \log(k/$ km $^{-1}$ s）（$\lesssim -0.7$）的通量功率，直到最小尺度。这些尺度对IGM的瞬时温度和再电离期间和之后每单位质量注入的总能量都非常敏感。我们测量的温度在平均密度$T_{0}\sim7000$-8000 K，符合没有显着的温度演变的红移$4.2\lesssim z\lesssim5.0$。我们还提出了第一个观测约束的综合IGM的热历史，发现每单位质量的总能量输入增加从$u_{0}\sim4.6$ ${\rm eV}$ $m_{\rm p}^{-1}$到7.3 eV $m_{\rm p}^{-1}$从$z\sim 6$到$4.2$假设的$Λ$ -CDM宇宙学。我们展示了如何可以同时使用这些结果来获得信息的时间和来源的再电离过程。我们的第一个概念证明，使用简单的模型瞬时再电离产生的结果与最近的普朗克约束，有利于模型与$z_{\rm rei}\sim 8.5^{+1.1}_{-0.8}$。
2019-01-31 astro-ph.CO
Lyman-alpha emitters in a cosmological volume II: the impact of the intergalactic medium
在不久的将来，星系巡天将瞄准莱曼α发射星系（LAE），以揭示暗能量的本质。有人认为LAEs的可观测性与星系际介质的大尺度性质相耦合。这种耦合可能会对观察到的地方经济实体的聚类造成扭曲，给即将进行的调查的解释增加新的潜在困难。我们提出了一个LAEs模型，该模型包含了星际和星系间介质中的莱曼-α辐射转移过程。该模型已在星系形成和演化的GALFORM半解析模型中实现。我们发现星系内部的辐射转移对星系性质产生选择效应。特别是，观测到的LAE往往具有低金属丰度和中等恒星形成率。在低红移，我们没有发现LAEs的空间分布和星系际介质的属性之间的相关性的证据。然而，在高红移的LAEs与视线速度和星系际介质的密度梯度。耦合的强度取决于星系的外流性质和红移。这种效应修改了大规模LAE的聚类，增加了非线性特征。特别是，我们的模型预测修改的形状和位置的重子声学振荡峰。这项工作突出了包括辐射转移物理在LAEs的宇宙学分析的重要性。
2020-01-23 astro-ph.CO astro-ph.GA
The impact of Lyman series photons on the intergalactic medium during the Epoch of Reionisation
本文研究了在再电离时期，高阶莱曼系光子对IGM在背景CMB上的21 cm吸收或发射特征的作用。结果表明，考虑到共振线散射截面随莱曼阶数的增加而减小，高阶莱曼光子的净散射率是不可忽略的。由此产生的辐射级联将大大提高辐射源附近的莱曼α光子的数量密度。它还表明，高阶莱曼系光子能够碰撞加热的IGM的量的几十到几百开氏度。讨论了Wouthuysen-Field效应可能因星系附近尘埃的存在而被抑制的可能性，并指出高阶莱曼系光子仍会引起Wouthuysen-Field效应，但21 cm辐射效率有所降低。研究还表明，高阶莱曼系光子散射后的辐射级联将产生扩展的低表面亮度发射线晕。这些晕将提供一种独特的手段来确认再电离源候选者被在大尺度上仍然基本上是中性的IGM所包围。
2009-08-25 astro-ph.CO physics.atom-ph
Lyman-alpha Heating of Inhomogeneous High-redshift Intergalactic Medium
在再电离期之前的星系际介质（IGM）主要由中性氢气组成。早期恒星产生的Ly-alpha光子共振散射氢原子，导致辐射场和气体之间的能量交换。这种相互作用的结果在适度加热的气体由于反冲的原子散射后，这是非常感兴趣的未来研究的预再电离IGM在HI 21厘米线。我们调查的影响，这Ly-alpha加热的IGM与线性密度，温度和速度扰动。由于Ly-alpha光子的热传导，小于光子扩散长度的扰动可以被阻尼。阻尼发生的尺度和这种效应的强度取决于气体的各种性质，Ly-alpha光子的通量以及光子频率在散射时重新分布的方式。为了找到相关的长度尺度和Ly-alpha加热影响微扰的程度，我们通过数值求解线性化玻尔兹曼方程来计算气体加热速率，其中散射由福克-普朗克近似处理。我们发现：（1）微扰对气体加热速率增加了一个小的修正;（2）温度微扰的衰减发生在同向波数k>10^4 Mpc^{-1}的尺度上，这比金斯尺度小得多，因此不太可能对观测到的21 cm信号产生实质性影响。
2013-12-12 astro-ph.CO
The hyperfine transition of 3He+ as a probe of the intergalactic medium
探讨了~ 3 He ~+超精细跃迁作为星系际介质探测器的前景。在再电离过程中，电离区的发射信号预计将与21厘米图反相关。预测的发射信号从莱曼α斑点在较低的红移是可检测的未来无线电天文台。
2009-05-12 astro-ph.CO
Intergalactic Lyman continuum photon budget in the past 5 billion years
通过比较利用宇宙起源谱仪获得的Ly- $α$森林数据与平滑粒子流体动力学模拟产生的模型的通量概率分布函数和功率谱，我们将H I光电离率$(Γ_{\rm HI})$限制在$z \lesssim 0.45$。我们开发了一个名为“电离和温度演化代码（CITE）”的模块，通过对GADGET-2模拟结果的后处理，计算星系际介质（IGM）温度从高红移到低红移的演化。我们的方法，产生的结果与其他模拟一致，计算成本较低，从而使我们能够探索一个大的参数空间。它还允许严格估计的误差协方差矩阵的各种统计量的利益。我们发现，最佳拟合$Γ_{\rm HI}(z)$随着$z$的增加而增加，并遵循$(4 \pm 0.1) \times 10^{-14}\:(1+z)^{4.99 \pm 0.12}$ s $^{-1}$。在任何给定的$z$上，典型的不确定度$ΔΓ_{\rm HI} / Γ_{\rm HI}$为$\sim 25$ %，其中不仅包含统计误差，而且还包含IGM热历史和宇宙学参数的可能简并性以及拟合类星体连续体的不确定性所产生的误差。$Γ_{\rm HI}$的这些值有利于只有类星体对$z<2$的电离背景有贡献的情况。我们推导出的$3σ$平均逃逸分数的上限是$0.008$，与低$z$星系的测量结果一致。
2016-12-14 astro-ph.CO
Simulating intergalactic gas for DESI-like small scale Lymanα forest observations
对Ly $α$森林的测量是基于来自天空巡天（如SDSS/eBOSS）的大量类星体光谱，精确地探测了小尺度上物质的分布，从而为宇宙学模型的几个组成部分提供了重要的约束。从这些测量中得出的主要汇总统计量是Ly $α$吸收的一维功率谱P1 D。然而，P1 D的模型预测依赖于昂贵的星系际介质流体动力学模拟，这是以前分析的限制因素。来自DESI等即将到来的调查的数据集将使观测精度接近1%的水平，并探测更小的尺度。这种观测推动要求进行七次更精确的模拟，以及对参数空间进行更仔细的探索。在这项工作中，我们评估的鲁棒性和准确性的模拟和用于约束宇宙学参数的统计框架。我们提出了一个基于网格的模拟代码Nyx和基于SPH的代码Gadget的上下文中ofP 1D之间的比较。此外，我们使用Nyx代码进行分辨率和盒大小收敛测试。我们使用高斯过程仿真方案，以减少探索参数空间所需的模拟次数，而不牺牲模型的准确性。我们展示了使用模拟eBOSS和类似的数据在端到端推理测试中产生无偏参数约束的能力，并且我们主张使用自适应抽样方案，而不是使用固定的拉丁超立方体设计。
2021-03-22 astro-ph.CO
Intensity mapping of Loeb-Rybicki haloes from scattering of galactic Lyman-$α$ emission by the diffuse intergalactic medium before reionization
Université de Genève（日内瓦大学）；The Green Concept - Institute for Carbon Assessments and Restoration Ecology（绿色概念-碳评估与恢复生态研究所）；Harvard University（哈佛大学）
利用JWST数据预测z~9-16星系Ly-α光度演化，计算Loeb-Rybicki晕的功率谱，发现SPHEREx和CDIM等实验可统计探测其强度映射信号，并与21-cm发射互相关可显著探测至z~13。
2026-06-12 astro-ph.CO astro-ph.GA
Measuring the temperature and profiles of Lyman-$α$ absorbers
在Ly $α$森林中观测到的吸收线增宽的分布携带着关于星系际介质（IGM）中细丝的温度和宽度的信息。在这项工作中，我们提出并测试了一种新的方法来推断的IGM的温度，吸收丝的大小和光电离率的吸收线加宽的性质在Ly $α$森林中的氢。我们应用我们的方法模拟光谱的EAGLE宇宙学模拟的参考模型，我们表明，我们能够重建IGM属性。我们的方法明确地考虑了IGM温度，氢的光电离率和星系际细丝的宽度之间的简并。
2019-11-26 astro-ph.CO
Variations of Observed Lyman-α Spectra Shapes due to the Intergalactic Absorption
Lyman- $α$（Ly $α$）光谱提供了对星系内中性氢（HI）的小尺度结构和运动学以及星系际介质（IGM）电离状态的深入了解。前者定义了星系的本征光谱，后者则对本征光谱进行了修正。这两种效应是退化的。使用IllustrisTNG 100模拟，我们研究了IGM对$z\sim 0$和$5$之间的Ly $α$光谱形状的影响。我们计算预期的LY $α$峰的分布和不同的本征光谱，红移和大尺度环境的峰的不对称性。我们发现，常用的平均透射曲线给出了一个不正确的看法所观察到的光谱特性。我们发现，峰数分布和不对称性可以解除本征光谱和IGM吸收之间的简并。例如，我们预计一个显着的三重峰Ly $α$光谱（高达30%，在$z\sim 3$），如果星系的HI分布变得更加多孔在更高的红移宇宙学模拟预测。我们提供了一个公共目录的传输曲线用于未来的模拟和观察，以允许更现实的IGM治疗。
2020-06-17 astro-ph.CO astro-ph.GA
The intergalactic medium over the last 10 billion years I: Lyman alpha absorption and physical conditions
星系际介质（IGM）是所有宇宙时期重子的主要储存库。我们调查的IGM从z=2-0在48 Mpc/h，1.1亿粒子宇宙流体动力学模拟银河系外流使用三个处方的演变。我们专注于IGM的物理性质的演变，以及如何跟踪这些属性的Ly-alpha吸收使用HST/COS检测。我们的研究结果广泛地证实了经典的图片，大多数Ly-alpha吸收剂产生于高度电离的气体示踪的非线性大尺度结构。结构的增长导致气体从弥漫的光电离IGM进入其他宇宙阶段，即恒星，星系晕内的冷和热气体，以及未结合和冲击加热的温热星系际介质（WHIM）。到目前为止，重子在束缚相（35%）、扩散IGM（41%）和WHIM（24%）之间大致相等。在这里，我们（重新）定义WHIM为超密度低于晕且温度>10^5 K的气体，以便更紧密地将其与“缺失重子”对齐。当我们调整我们的光致电离背景，以配合所观察到的演变的Ly-alpha平均通量递减，我们得到的线数的演变，广泛同意与现有的数据。我们预测我们所青睐的动量驱动风模型的柱密度分布斜率为-1.70，与最近的观测结果一致，并且随着红移而变浅。通过改进统计数据，强线的频率可以成为流出的有价值的诊断，我们青睐的风模型与现有数据最匹配。在z=2-0范围内，柱密度和物理密度之间的关系相当紧密，对于扩散吸收体，其关系为ρ N_HI ^0.74 10^（-0.37z）。线宽仅粗略地反映吸收气体的温度，这将妨碍使…
2010-07-01 astro-ph.CO
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
The Impact of Neutral Intergalactic Gas on Lyman-$α$ Intensity Mapping During Reionization
我们提出了高红移Ly $α$强度场的第一个模拟，解释了星系际介质（IGM）中的散射。使用三维蒙特卡罗辐射转移代码，我们发现，LY $α$散射平滑的LY $α$强度在小尺度上的空间波动，这种平滑的空间依赖性强烈依赖于平均中性分数的IGM。我们的模拟发现，$k=0.1-1~{\rm Mpc^{-1}}$的再电离的强烈影响，与$P_{\rm Lyα}\propto k^{-1.5}$相比，$\bar{x}_{\rm HI} = 0.63$的$P_{\rm Lyα}\propto k^{-1.75}$和$\bar{x}_{\rm HI} = 0.86$的$P_{\rm Lyα} \propto k^{-2.2}$。在波数为$k>1 ~ {\rm Mpc^{-1}}$的情况下，我们发现该信号对来自星系的出射Ly $α$谱线轮廓很敏感。我们还表明，Ly $α$强度图和未来的星系红移调查之间的交叉相关性可以检测到大尺度上的仪器类似SPHEREx，并在广泛的尺度范围内的CDIM静脉中的一个假设的强度映射仪器。
2018-07-09 astro-ph.CO astro-ph.GA
Documentation for the intergalactic radiative transfer code IGMtransfer
本文件描述了可通过计算机获得的数字代码“IGMtransfer”，该代码能够在莱曼α（Lya）线附近进行光的星系间辐射转移（RT）。在宇宙学模拟产生的网格中计算RT，代码返回1）“传输函数”，显示星系际介质（IGM）如何影响给定红移的Lya线，以及2）IGM的“平均传输”，使其有助于研究宇宙再电离模拟的结果。
2011-02-16 astro-ph.CO
Effective Opacity of the Intergalactic Medium from Galaxy Spectra Analysis
本文利用281个Lyman-Break Galerkin（LBG）在红移范围$2 \lesssim z \lesssim 3$内的合成光谱测量了星系际介质（IGM）的有效不透明度（$τ_{eff}$）。我们的光谱取自COSMOS Lyman-Alpha映射和层析观测（CLAMATO）调查，该调查来自W.M.上的低分辨率成像光谱仪（LRIS）。我是望远镜。我们在两个红移区间生成复合光谱，并将其与由简单恒星星族组成的光谱能量分布（SED）模型进行拟合。将这些SED模型外推到Ly $α$森林中，我们测量了$2.02 \leq z \leq 2.44$范围内的有效Ly $α$不透明度（$τ_{eff}$）。在$z = 2.22$中，我们通过对数据的幂律拟合来估计$τ_{eff} = 0.159 \pm 0.001$。这些测量结果与$z<2.5$类星体分析的估计一致，表明与规范化类星体连续体相关的系统误差并不重要。我们提供了一个高斯过程模型，我们的结果和以前的$τ_{eff}$测量，描述了从$z = 1.5 - 4$在$τ_{eff}$的陡峭的红移演化。
2020-05-22 astro-ph.CO
Fluctuations of the intergalactic ionization field at redshift z ~ 2
（略）目标。探测z ~ 2电离背景辐射的谱能量分布，确定对星系际辐射场有贡献的源。方法.明亮类星体HS 1103 +6416（zem = 2.19）的光谱包含5个连续的金属线吸收系统，它们的zabs分别为1.1923、1.7193、1.8873、1.8916和1.9410。该系统在光学上很薄，显示出多条不同金属离子线，电离势位于极紫外（EUV）范围内（1 Ryd至0.2 keV）。对于每一个系统，EUV SED的基本电离场重建的一种特殊的技术，解决光谱学中的逆问题。对于zabs = 1.8916系统，分析还涉及到莱曼系的HeI共振线和HeI 504 A连续谱，这是第一次在除太阳以外的任何宇宙天体中看到。结果从一个系统到另一个系统，电离连续统的SED发生了显著的变化，表明z ~ 2处的星系际电离场至少在Delta_z ~ 0.004的尺度上波动。这与从HeII和HI Lyman-alpha森林测量在红移2和3之间估计的Delta_z ~ 0.01是一致的。
2013-03-05 astro-ph.CO
Machine Learning Techniques for Astrophysics and Cosmology: Lyman-$α$ forest
Institut de Física d’Altes Energies (IFAE), The Barcelona Institute of Science and Technology（高能物理研究所（IFAE），巴塞罗那科学与技术研究院）
本文探讨了机器学习技术在分析里曼-α森林中的应用，重点在于克服传统方法的计算和方法学限制，通过自动化特征提取、改进恒星连续谱重建、加速流体动力学模拟仿真以及开发基于模拟的分析方法，推动宇宙学研究的发展。
2026-05-21 astro-ph.CO
Weighing Cosmic Structures with Clusters of Galaxies and the Intergalactic Medium
我们提出了一个分析，旨在结合宇宙学的限制，通过Sunyaev-Zeldovich效应，获得南极望远镜（SPT），并从莱曼- $α$光谱与MIKE/HIRES和X-射手摄谱仪确定的星系团的数量计数。SPT聚类分析依赖于基于弱透镜测量的质量校准，而Lyman- $α$分析建立在一套流体动力学模拟上，用于提取模拟光谱。由此产生的约束表现出一个张力（$\sim 3.3σ$）之间的低$σ_8$值的首选的低红移集群数据，$σ_8=0.74 ^{+0.03}_{-0.04}$，和较高的一个首选的高红移莱曼- $α$数据，$σ_8=0.91 ^{+0.03}_{-0.03}$。我们提出了详细的分析，以了解这种紧张关系的起源，特别是确定它是否源于与集群计数和/或$α$森林分析的假设相关的系统不确定性。我们发现，这种紧张局势是强大的，相对于IGM的建模选择，即使包括可能的系统，从不明的子阻尼莱曼- $α$（DLA）和莱曼极限系统（LLS）的莱曼- $α$数据。我们的结论是，要解决这个紧张局势，从SPT侧将需要一个大的偏差的集群质量估计，或从莱曼-$α$侧莱曼-$α$平均通量的大的未计误差，分别。我们的研究结果具有重要的影响，未来的分析的基础上，从未来的大型测光调查（如欧几里德和LSST）和更大的样本的高红移类星体光谱（如DESI和WEAVE调查）的集群数计数。如果在此类调查可达到的更高的统计显著性下得…
2022-06-28 astro-ph.CO hep-th
Revisiting the He II to H I ratio in the Intergalactic Medium
利用Voigt轮廓拟合的Lyman系列H I跃迁和FUSE卫星观测到的He II Lyman- $α$跃迁，估算了星系际介质中高红移（z_{em} = 2.885）亮类星体HE 2347-4342的He II/H I柱密度比η= N（He II）/N（H I）.与以前的研究一致，我们发现，$η> 50$在大多数的莱曼- $α$森林，除了在四个地区，它是小得多（$η\sim 10-20$），因此不一致的紫外背景通量的光电离。我们检测到O VI和C IV吸收线与这些区域（$z_{\rm abs}$ = 2.6346和2.6498）。我们表明，如果我们约束的H I和/或He II的吸收曲线与金属成分的存在下，我们可以容纳$η$值在15-100的范围内，在这些系统中，假设加宽是纯热和纯湍流之间的中间。虽然简单的光电离模型再现了所观察到的N（O VI）/N（C IV）比，但与高温模型（即T $\ge 10^5$ K）相反，它们不能产生低的$η$值。不同物种的多普勒参数测量表明吸收区域的多相性。因此，如果要确认低$η$值，我们将倾向于多相模型，其中大部分气体处于高温（$>$ 10 $^5$ K），但金属，特别是C IV是由于较低温度（$\sim$少量$10^4$ K）的光电离气体。
2010-08-24 astro-ph.CO
Heating of the intergalactic medium by the cosmic microwave background during cosmic dawn
在宇宙中第一批恒星形成之前，星系际介质预计将处于最冷点。受最近EDGES实验结果的启发，我们重新审视了这一时期中性气体动力学温度的标准计算。当第一个紫外线（UV）源打开时，光子红移到中性氢的莱曼线中，并在莱曼- $α$线内反复散射。他们通过原子反冲加热气体，并通过Wouthuysen-Field效应，设定氢原子21厘米超精细（自旋翻转）线的自旋温度，与共振宇宙微波背景（CMB）光子竞争。我们表明，莱曼- $α$光子也调解CMB光子和热运动的氢原子之间的能量转移。在没有X射线加热的情况下，这种新的机制是对热冷却气体温度的主要修正（$\sim 10 \%$在$z=17$），并且是以前计算中发现的加热速率的几倍。我们还发现，在非标准的情况下，无论是增强CMB以上的无线电背景或调用新的物理来冷却气体，以解释EDGES结果的效果是更显着的。与无线电背景的耦合可以将21厘米吸收特征的深度相对于没有加热源的情况减少几乎两倍，并防止该特征形成平坦的底部。作为产生吸收特征的UV背景的不可避免的结果，在任何理论预测中都应该考虑这种加热。
2018-04-06 astro-ph.CO
The Power Spectrum of the Lyman-$α$ Forest at z < 0.5
我们提出了新的测量通量功率谱P（k）的$z<0.5$ HI莱曼- $α$森林跨越尺度k ~ 0.001-0.1 s/km。这些结果是由哈勃太空望远镜上的宇宙起源光谱仪（COS）观测到的65个远紫外类星体光谱（分辨率R~18000）得出的。分析需要仔细掩蔽所有来自HI和银河系星际介质的金属线跃迁的污染、重合吸收和介入吸收体，以及正确处理复杂的COS线扩散函数。根据P（k）测量值，我们估算了z<0.5的星系际介质中HI光电离率（$Γ_{\rm HI}$）。我们的结果证实了大多数以前的$Γ_{\rm HI}$估计。我们的结论是，以前的光子生产不足的危机的关注，现在解决了证明，测量的$Γ_{\rm HI}$可以占紫外线发射类星体单独。在配套文件中，我们将提出的限制$z<0.5$星系际介质的热状态的P（k）测量在这里。
2019-04-09 astro-ph.CO
The Sherwood-Relics simulations: overview and impact of patchy reionization and pressure smoothing on the intergalactic medium
我们提出了舍伍德文物模拟，一套新的大型宇宙学流体动力学模拟，旨在模拟星系际介质（IGM）期间和之后的宇宙氢再电离。该套件包括200多个模拟，涵盖了广泛的天体物理和宇宙学参数。它还包括模拟，使用一个新的轻量级的混合计划治疗辐射转移的影响。该方案遵循电离辐射场的空间变化，以及IGM温度和压力平滑的相关波动。它在计算上比全辐射流体动力学模拟便宜得多，并且避免了校准星系形成模型以满足宇宙再电离观测约束的困难任务。使用这种混合技术，我们研究的空间波动IGM的性质，是由补丁宇宙再电离播种。我们调查相关的物理过程，并评估其对z > 4莱曼α森林的影响。我们的主要发现是：（i）与以前的研究一致，斑片状再电离导致大尺度温度波动，持续到再电离结束后，（ii）这些增加了大尺度上的莱曼-α森林通量功率谱，（iii）导致空间变化的压力平滑，与当地再电离红移相关。(iv)结构蒸发或膨胀的光加热导致显着的特点，在莱曼α森林，如平底或双浸吸收剖面。
2023-02-28 astro-ph.CO
IGMtransmission: A Java GUI to model the effects of the Intergalactic Medium on the colours of high redshift galaxies
IGMtransmission是一个Java图形用户界面，它实现了蒙特卡罗模拟来计算高红移星系由于星系际衰减而对颜色的修正。吸收由于中性氢的影响被认为是，特别注意莱曼极限系统的随机效应。衰减曲线的产生，以及广泛的过滤器的响应和模型星系光谱的颜色。可随时上传备选滤波器响应曲线和频谱。该代码可从http://code.google.com/p/igmtransmission免费获得。它在GNU通用公共许可证v.3下授权。
2011-05-31 astro-ph.CO
Constraints on Dark Matter-Baryon Scattering from the Temperature Evolution of the Intergalactic Medium
星系际介质（IGM）的热演化可以作为宇宙学热源和热汇的灵敏探针。我们用它来限制暗物质和重子之间的相互作用。在再电离之后，IGM温度由光加热和绝热冷却之间的平衡来设定。我们使用测量的IGM温度从莱曼- $α$ -森林的数据来约束横截面$σ$之间的暗物质和重子，发现$σ< 10^{-20}$厘米$^2$的暗物质质量$m_χ\leq 1$ GeV。这提供了在红移$z\sim5$处的暗物质和重子之间的散射的第一个直接约束。
2017-11-14 astro-ph.CO
Deep Learning the Intergalactic Medium using Lyman-alpha Forest at $ 4 \leq z \leq 5$
本文利用深度贝叶斯神经网络逐像素重建 $4 \leq z \leq 5$ 莱曼-阿尔法森林中的 IGM 密度与温度，仅用一条 $20$Mpc/h 视线即可获得比传统方法更严格的 $T_0$ 和温度-密度关系斜率约束。
2024-04-08 astro-ph.CO
The Impact of Coupled Dark Energy Cosmologies on the High-Redshift Intergalactic Medium
我们提出了一个分析的高分辨率流体动力学N体模拟耦合暗能量宇宙学的重点是在高红移星系际介质（IGM）的透射莱曼α通量的统计特性。在这些模型中，扩散宇宙网的增长与标准LCDM情况不同：密度分布偏向于欠密度区域，物质功率谱通常较大（以尺度依赖的方式）。这些差异在莱曼α通量中也是明显的，并且在z=2-4处，对于高透射率区域和耦合参数β= 0.08（β= 0.2）的值，通量概率分布函数（pdf）中的差异大于5%（10%）。当β= 0.08（β= 0.2）时，通量功率谱也受到~2%（~ 5-10%）量级的影响，并与红移有关。我们推断的行为的磁通PDF和磁通功率的合理范围内的耦合和本约束，使用目前的高，低分辨率的数据集。我们发现一个上限β< 0.15（在2 σ置信水平），这是获得仅使用IGM数据，并与其他大尺度结构探针推断的竞争力。
2011-01-31 astro-ph.CO
Detection of Extended He II Reionization in the Temperature Evolution of the Intergalactic Medium
我们提出了新的测量的星系际介质（IGM）的温度来自莱曼α森林超过2.0 < z < 4.8。森林中的61个高分辨率类星体光谱的小尺度结构量化使用一个新的统计，曲率，并转换为温度校准使用一套流体动力学模拟。在每个红移，我们专注于获得温度在一个最佳的过密度探测莱曼α森林，T（德尔塔），其中温度几乎是一个一对一的函数的曲率，无论斜率的温度密度关系。在这些测量中，2-sigma统计不确定性的中位数为8%，尽管由于IGM中未知的Jeans平滑量，可能存在可比的系统误差。我们使用我们的T（Delta）结果来推断平均密度T0时的温度。即使对于最陡的温度-密度关系，T0也必须从z ~ 4.4时的~8000 K增加到z ~ 2.8时的>~12000 K。这种增加与在没有He II再电离的情况下预期的T0单调下降不一致。因此，我们将观测到的温度升高解释为He II在z >~ 4.4时开始再电离的证据。T0的演化与He II在z ~ 3处再电离的结束是一致的，正如He II莱曼α森林的不透明度测量所表明的那样，尽管T0峰的红移在某种程度上取决于温度-密度关系的演化。这些新的温度测量结果表明，由于He II的再电离的热输入主导的IGM的热平衡在一个延长的时期内与Δ_z >~ 1。
2010-08-16 astro-ph.CO
Modeling the Lyman-$α$ forest with Eulerian and SPH hydrodynamical methods
我们比较了两个国家的最先进的数值代码，研究在建模的星系际介质和再现莱曼- $α$森林观测DESI和高分辨率数据集的整体精度。该代码采用不同的方法来解决重力和模拟气体流体动力学。第一个代码Nyx使用粒子网格（PM）方法求解泊松方程，使用有限体积法求解欧拉方程。第二个代码，\CRKHACC，使用一个树PM方法来解决重力，和一个改进的拉格朗日平滑粒子流体动力学（SPH）技术，其中流体元素与粒子建模，处理星系际气体。我们比较的收敛行为的代码在通量统计，以及在何种程度上的代码同意在收敛极限。我们发现良好的协议总体差异小于观测的不确定性，特别是显着的$\lesssim$ 1\%的协议，在一维通量功率谱。该一致性是通过在\CRKHACC中应用用于重建密度的镶嵌方法而不是像标准实践那样使用SPH内核来实现的。我们发现，使用SPH内核可能会导致显着的和不必要的偏差，在流量统计，这是特别突出的高红移，$z \sim 5$，莱曼- $α$森林主要来自低密度区域，本质上是不好的SPH粒子采样。
2022-07-11 astro-ph.CO
The broadening of Lyman-alpha forest absorption lines
我们提供了一个分析描述的线增宽的HI吸收体在莱曼α森林多普勒展宽和金斯平滑。我们证明，我们的关系捕获的线宽列密度的依赖关系，在z~3模拟光谱中的窄线非常好。当底层密度结构更加复杂时，给定列密度下的宽线就会出现，而我们的模型无法捕捉到这种聚集。我们对谱线展宽的理解为研究星系际介质的热状态和确定吸收结构的大小开辟了新的途径。
2015-03-06 astro-ph.CO
Probing the Dependence of the Intergalactic Medium on Large Scale Environment Using the Low Redshift Lyman Alpha Forest
我们研究的统计数据的低红移Ly-alpha森林中的自适应网格细化流体动力学宇宙学模拟足够的体积，包括不同的大尺度环境。我们比较了我们的HI柱密度分布的吸收器与最近的工作和我们的模拟的两个高度细化的区域之间：一个大规模的密度过大和大规模的密度不足（规模约为20 Mpc）。我们使用不同的模拟方法恢复了Kollmeier et al.（2014）中给出的平均结果。我们进一步分解这些结果作为环境的函数，以研究吸收体统计对大尺度密度的详细依赖性。我们发现，HI柱密度分布的斜率在10 $^{12.5}$ $\le$ N $_{HI}$ /cm $^{-2}$ $\le$ 10 $^{14.5}$范围内依赖于环境，这样的斜率变得更陡的环境密度，这种差异反映了不同的物理条件的星系际介质在这些尺度上。我们跟踪这种差异的不同温度结构的灯丝在不同的环境。具体而言，在密度过高的灯丝是热的，相应地，是由气体与较低的HI分数比那些在欠密度的环境。我们的研究结果强调，为了了解物理驱动HI CDD，我们不仅需要改进电离紫外光子的来源，而且还需要改进IGM的物理条件，以及如何作为大规模环境的函数而变化。
2017-07-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
Can the intergalactic medium cause a rapid drop in Lyman alpha emission at z>6?
莱曼α线的大截面使其成为探测星系际介质电离态的灵敏探针。在这里，我们提出了迄今为止最完整的研究IGM Lya不透明度，及其应用的红移演化的“Lya分数”，即分数的颜色选择的星系与可检测的Lya发射线。我们使用一个分层的方法，它结合了大规模的半数值模拟的再电离与中等规模的电离IGM的流体动力学模拟。这使我们能够同时考虑两个方面的演化：（i）不完全（斑片状）再电离的不透明度，由电离区域的填充因子Q_HII参数化;以及（ii）电离IGM中自屏蔽系统的不透明度，由HII区域内的平均光电离率r参数化。与最近的经验模型相反，斑片状再电离的衰减沿不同的视线具有单峰分布，而自屏蔽系统的衰减则更双峰。我们在我们的（Q_HII，Γ）参数空间中量化了平均IGM传输，这可以很容易地用于解释新的数据集。使用目前的观测结果，我们预测，Lya分数不能下降超过一个因素的~2与IGM衰减单独，即使对于HII填充因子低至Q_HII>0.1。Lya分数的较大变化可能是与星系性质共同演化的结果。在r上边缘化，我们发现当前观测在z=7 [68%置信水平（C.L.）]约束Q_HII < 0.6。然而，我们所有的参数空间都与95% C.L.的观测结果一致，突出了在z >= 6处需要更大的观测样本。
2014-06-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
Infra-red emission line tomography of the intergalactic medium during the Epoch of Reionization
第一个主要的恒星形成星系和活动星系核将产生巴耳末和高阶扩展晕在再电离时代通过散射莱曼共振线光子周围的中性星系际气体。散射率的光学深度依赖性将产生对气体密度和速度波动都敏感的信号，从而提供探测年轻恒星形成星系周围的电离区和流场的可能性。讨论了使用天基望远镜探测红外线晕的要求，并评估了使用詹姆斯·韦伯太空望远镜上的可调滤波成像仪探测晕的可能性。
2012-01-26 astro-ph.CO
The long-lasting effect of X-ray preheating in the post-reionization intergalactic medium
本研究通过高质量分辨率流体动力学模拟，首次探索并确立了X射线预热在再电离后星系际介质中的长期影响，发现其在不同红移下对Lyman-$α$森林中的再电离遗迹有不同效应，忽略该过程会导致宇宙学参数推断偏差。
2024-03-28 astro-ph.CO
An Exploration of AGN and Stellar Feedback Effects in the Intergalactic Medium via the Low Redshift Lyman-$α$ Forest
本文利用CAMELS模拟研究低红移Lyα森林，揭示Simba中AGN喷流与恒星反馈显著改变柱密度和b值分布并加热星系际介质，而IllustrisTNG中仅恒星反馈有细微影响，强调同时约束恒星与AGN反馈的重要性。
2023-11-01 astro-ph.CO astro-ph.GA
An Ultraluminous Lyman Alpha Emitter with a Blue Wing at z=6.6
我们报告了迄今为止发现的最明亮的高红移莱曼阿尔法发射星系（LAE）的探测结果，log L（Ly alpha）= 43.9 ergs/s。这个星系-- COSMOS Lyman alpha 1，或COLA 1--是在斯巴鲁望远镜上用Hyper Suprime-Cam搜索超亮LAE时发现的。基于从使用DEIMOS摄谱仪的后续光谱学获得的Lyman α线检测，确认其位于z = 6.593。COLA 1是第一个显示多分量莱曼α线轮廓的非常高红移LAE，带有蓝色机翼，这表明它可能位于星系际介质的高度电离区域，并可能有显着的陨石坑。如果这种解释是正确的，那么像COLA 1这样的超亮LAE提供了一个独特的机会来确定这些星系周围的HII区的性质，这将有助于理解z ~ 7星系际介质的电离。
2016-06-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Evolution of the Intergalactic Medium
宇宙物质的大部分存在于一个稀释的水库，充满了星系之间的空间，星系际介质（IGM）。这个储藏库的历史与宇宙的结构形成、恒星形成和超大质量黑洞吸积的历史密切相关。我们的IGM模型在中等红移（2<z<5）是一个巨大的成功，定量地解释了星系际氢的莱曼α吸收的统计。然而，在较低和较高的红移（以及星系周围），关于IGM还有很多未知之处。我们回顾的理论模型和测量，形成的基础上的IGM的现代理解，我们讨论未解决的难题（从大部分不受约束的过程中的再电离在高Z的重子在低Z失踪的问题），突出的努力，有可能解决这些问题。
2016-08-25 astro-ph.CO
Cosmology from clustering of Lyman-alpha galaxies: breaking non-gravitational Lyman-alpha radiative transfer degeneracies using the bispectrum
莱曼α发射星系的大型巡天观测是一种新的测量高红移星系群成团的方法，其目的是确定宇宙学参数。然而，莱曼-α辐射转移效应可能会以模仿引力效应的方式修改观测到的LAE星系团簇，从而可能降低宇宙学约束的精度。例如，由于观测到的通量依赖于星系际介质速度梯度，线性红移空间畸变对LAE星系功率谱的影响可能退化为莱曼α辐射转移效应。在本文中，我们表明，三点函数（双谱）可以区分引力和非引力效应，从而打破这些简并，使之有可能从LAE星系调查恢复宇宙学参数。对角直径距离和哈勃膨胀率的约束也可以通过结合功率谱和双谱测量来改善。
2012-12-05 astro-ph.CO
Measurement of the small-scale structure of the intergalactic medium using close quasar pairs
星系际介质（IGM）中扩散气体的分布在被称为莱曼- $α$森林的遥远背景类星体的光谱上留下了一系列氢吸收线。宇宙流体动力学模拟预测，IGM密度波动被抑制在一个特征尺度以下，其中热压力平衡重力。我们测量了这种压力平滑规模量化吸收相关性的样本密切类星体对。我们将我们的测量结果与流体动力学模拟进行了比较，其中压力平滑由IGM的综合热历史确定。我们的研究结果是一致的标准模型的光致电离加热的紫外线辐射背景，再电离宇宙。
2017-04-26 astro-ph.CO
The Sherwood simulation suite: overview and data comparisons with the Lyman-alpha forest at redshifts 2 < z < 5
我们介绍了一套新的大规模，高分辨率的星系际介质流体动力学模拟：舍伍德模拟套件。这些实验在体积为10^3-160^3 h^-3的Mpc^{3}中进行，质量分辨率跨越了近四个数量级，粒子数高达172亿，并采用了各种物理变量，包括温暖的暗物质和星系外流。我们进行了详细的比较模拟的高分辨率，高信噪比观测的莱曼α森林的红移范围2 < z < 5。模拟结果与观测数据非常吻合，进一步支持了莱曼α森林是LCDM宇宙学模型中物质网状分布的自然结果的范式。只有少数微小的差异仍然与观测数据。在2 < z < 2.5处，柱密度N_HI > 10^14.5 cm^-2的饱和莱曼α吸收线在模型中预测不足。需要对连续体放置偏差进行不确定校正，以匹配透射通量的分布和功率谱，特别是在z > 4处。最后，星系际气体的温度在z=2.7时可能稍微过低，而在z=2.4时需要更平坦的温度-密度关系，这与氦II再电离过程中非平衡电离的预期效应一致。
2016-09-19 astro-ph.CO
A Lyman Alpha Galaxy at Redshift z=6.944 in the COSMOS Field
莱曼α发射星系可以用来研究宇宙学的再电离，因为中性的星系际介质将莱曼α光子散射成漫射晕，其表面亮度低于典型的巡天探测极限。在这里，我们提出了莱曼α发射星系LAE J095950.99 + 021219.1，确定在红移z = 6.944的COSMOS领域使用窄带成像和后续光谱仪上的麦哲伦I巴德望远镜的IMACS仪器。到目前为止，通过光谱确认了一个单一的物体，我们的调查仍然与红移7的IGM中性分数的大范围一致，但计划进行进一步的观察，这将有助于澄清情况。同时，我们在这里介绍的对象只是第三个Lyman-alpha选择星系被光谱确认在红移7，是2 - 3倍，比以前确认的红移7 Lyman alpha星系暗。
2012-05-14 astro-ph.CO
Inhomogeneous HeII reionization in Hydrodynamic Simulations
氦的第二电子的再电离在红移2 < z < 5之间塑造了星系际气体的物理状态。由于在流体动力学模拟中进行完全原位辐射转移对于大体积来说计算昂贵，因此HeII再电离的物理学通常近似于不捕获再电离的斑块的均匀UV背景模型。我们已经设计了一个模型，实现了HeII再电离的影响，使用半解析计算的星系际气体的热状态-一种绕过完整的辐射转移模拟，同时仍然实现物理的HeII再电离，影响观测，如莱曼阿尔法森林。在这里，我们提出了一个公开的代码，灵活的模型非均匀HeII再电离在模拟中可以忽略不计的计算成本。由于HeII再电离的许多参数是不确定的，我们的模型是可定制的一组自由参数。我们在MP-Gadget中显示了此代码的结果，其中实现了此模型。我们证明了星系际气体的温度演化和温度-密度关系-与最近的测量和以前的辐射转移模拟一致。我们表明，HeII再电离的影响引起微妙的签名在一维统计的莱曼α森林在百分之几的水平，与以前的研究结果一致。这些模拟的灵活性是理想的研究HeII再电离和未来的观测HeII莱曼α森林。
2020-06-19 astro-ph.CO
Limits on non-canonical heating and turbulence in the intergalactic medium from the low redshift Lyman-alpha forest
我们研究的列密度分布函数（CDDF）和多普勒参数分布的流体动力学模拟和宇宙起源光谱仪（COS）观测的莱曼α森林在红移$0\leq z\leq 0.2$。考虑到元银河系HI光电离率的两个不确定性因素，我们的流体动力学模拟与HI柱密度$10^{13.3}\rm\,cm^{-2}\leq N_{\rm HI}\leq 10^{14.5}\rm\,cm^{-2}$下观察到的CDDF的形状和幅度吻合得很好（$1$ - $1.5σ$）。然而，模拟线的多普勒宽度相对于COS数据仍然太窄。我们认为，调用活动星系核反馈并不能解决这个矛盾。我们也不赞成增强的光加热率作为一个潜在的解决方案，因为这需要一个非物理硬UV背景光谱。如果转而求助于非规范热源，则对于通过$z=0.1$具有$N_{\rm HI}\simeq 10^{13.5}\rm\,cm^{-2}$的气体，需要在$z\lesssim 2.5$处注入额外的$u \lesssim 6.9\rm\,eV\,m_{\rm p}^{-1}$比热。或者，对于扩散IGM中的最冷气体，可能存在$v_{\rm turb}\lesssim 8.5\rm\,km\,s^{-1}(N_{\rm HI}/10^{13.5}\rm\,cm^{-2})^{0.21}$的未解析视线湍流速度分量。
2022-03-25 astro-ph.CO astro-ph.GA
Intergalactic Filaments as Isothermal Gas Cylinders
利用宇宙学模拟在红移5，我们发现，从星系向外延伸的星系际细丝的重子丰富的核心通常形成等温的气体圆柱体的区域有利于他们的形成。中心气体密度通常是宇宙平均总密度的500倍，温度通常是10^4 K的1-2倍，刚好在莱曼α冷却层之上。这些发现表明，在决定这种结构方面，气体的流体动力学性质比暗物质更重要。值得注意的是，气体的温度和电离状态完全决定了等温圆柱体每单位长度的有限总质量。我们的发现可能对理解气体输运进入星系的“冷模式”机制有影响。
2011-06-16 astro-ph.CO
What do observations of the Lyman-alpha fraction tell us about reionization?
研究宇宙再电离历史的一个有吸引力的方法是测量莱曼α分数的红移演化，莱曼破裂选择星系的百分比在Ly-alpha线中明显发射。当星系际介质变得明显中性，星系的Ly-alpha发射逐渐减弱时，这一部分预计会向高红移方向下降。有趣的是，使用这种技术进行的早期测量表明，在z ~ 7附近，Ly-alpha分数会大幅下降。以前的工作得出结论，这需要一个令人惊讶的中性星系际介质-中性氢填充超过50%的宇宙体积-在这个红移。我们模型的演变Ly-alpha分数使用宇宙学模拟的再电离过程。在再电离完成之前，由于再电离的不均匀性，模拟的Ly-alpha分数具有较大的空间波动。由于现有的Ly-alpha分数测量在天空中的范围相对较小，并且只对这些区域进行稀疏采样，因此它们可能会偶然探测到大多数Ly-alpha衰减高于平均值的星系。我们发现，这个样本方差不是非常大的现有调查，但它确实有点减轻所需的中性分数在z ~ 7。定量地，在校准以匹配再电离后的测量的基准模型中，我们发现当前z = 7的观测需要在95%置信水平下x_HI > 0.05的体积平均中性分数。因此，我们发现z ~ 7 Ly-alpha分数测量确实可能在再电离完成之前探测宇宙，但它们不需要非常大的中性分数。
2013-12-04 astro-ph.CO
Absorption effects in the expanding Universe: spectral transmittance functions of the intergalactic medium for distant sources
Jilin University（吉林大学）；Ivan Franko National University of Lviv（利沃夫伊万·弗兰科大学）；National Antarctic Scientific Center（国家南极科学中心）；Main Astronomical Observatory of NASU（乌克兰国家科学院主要天文台）
研究高红移源在5≤z≤15红移范围内的宽吸收凹陷形成，分析星系际介质中中性氢和氦的吸收特性，推导光谱透射函数并提供观测约束下的闭合表达式。
2026-09-22 astro-ph.CO
Constraints on the $z\sim6-13$ intergalactic medium from JWST spectroscopy of Lyman-alpha damping wings in galaxies
Cosmic Dawn Center (DAWN)（黎明宇宙中心）；Niels Bohr Institute, University of Copenhagen（哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所）；Steward Observatory, University of Arizona（亚利桑那大学斯图尔德天文台）；Department of Astronomy, University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校天文学系）
JWST通过研究Lyman-alpha衰减翼约束z≈6-13的星际介质，发现高信噪比光谱能准确推断中性分数，并揭示高红移星系的吸收特性与暗物质晕关联。
2025-11-14 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Equation of State of the Intergalactic Medium After Hydrogen Reionization
本文用解析模型研究了非均匀氢再电离对星系际介质温度分布的影响。在这个过程中，每个电离光子的剩余能量以热的形式沉积在IGM中，使其温度升高到20，000 - 30，000 K;随后宇宙的膨胀使气体冷却。由于再电离最有可能从高密度到低密度进行，低密度的空隙最后电离，冷却时间更短，并且在再电离完成后（“反转”状态方程）比平均密度气体（平均）更温暖。从这个初始状态开始，低密度气体迅速冷却，最终回到更正常的状态方程。快速变化的温度在z~6处的电离背景的测量中引入了系统不确定性。例如，后期再电离意味着快速冷却，因此电离背景在z ~5-6处的演化速度必须比通常声称的更快。这种简并性很难解开，因为莱曼-α森林只探测了一个很窄的密度范围（在这个范围内气体几乎是等温的）。然而，更高的莱曼系列转换探测更宽的密度范围，采样不同的有效温度，并提供了一种新的方法来测量IGM状态方程，应该在接近饱和吸收排除其他方法的情况下工作。这将有助于将温度演化与电离背景演化分开。虽然需要更详细的研究与流体动力学模拟，我们表明，这样的测量可能区分早期和晚期再电离使用只有少数的视线。
2009-01-13 astro-ph.CO
Line Emitting Galaxies Beyond a Redshift of 7: An Improved Method for Estimating the Evolving Neutrality of the Intergalactic Medium
色选星系的红移依赖部分揭示莱曼α发射已成为最有价值的约束演化的早期星系际介质的中性。然而，除了中性气体的共振散射外，莱曼α的可见度还取决于宿主星系的内在属性，包括其恒星星族，尘埃含量和流出气体的性质。利用我们在确定$z \simeq 4-6$星系的线发射特性方面取得的重大进展，我们提出了一种改进的方法，基于使用星系的静止帧紫外连续谱的测量斜率，来解释$z>7$星系的近红外光谱的生长体，以考虑到这些宿主星系的依赖性。在我们的新方法的第一个应用程序中，我们通过一个新的光谱调查$7<z<8$星系进行凯克MOSFIRE摄谱仪证明其潜力。与早期公布的数据一起，我们的数据提供了改进的估计莱曼α的可见度不断变化，特别是在红移$z\simeq 8$。作为一个副产品，我们还提出了一个新的线发射星系的红移$z=7.62$取代了早期的红移记录。我们讨论了在$6<z<8$上演化中性分数的改进约束以及对宇宙再电离的影响。
2014-04-17 astro-ph.CO astro-ph.GA
