First results on the Epoch of Reionization from First Light with SARAS 2
中性氢原子21厘米跃迁引起的宇宙微波背景的长波长光谱畸变是宇宙黎明和再电离时代的一个重要探测。这些特征可能揭示了第一批恒星和超暗星系的性质，它们改变了原始气体的自旋温度和电离状态。SARAS~2是为精确测量这些全球21厘米光谱畸变而设计的光谱辐射计。我们使用部署在印度南部Timbaktu Collective的辐射计在110-200 MHz频段对无线电背景进行了63小时的夜间观测，以获得理论模型预测的合理红移21 cm信号的可能性。SARAS 2的第一束光不利于具有弱X射线加热（$f_X \leq 0.1$）和快速再电离（峰值$\frac{dT_b}{dz} \geq 120~\textrm{mK per unit redshift interval}$）特征的模型。
2017-08-01 astro-ph.CO astro-ph.IM
Quantifying Excess Power from Radio Frequency Interference in Epoch of Reionization Measurements
我们量化的影响，射频干扰（RFI）测量的21厘米功率谱在再电离时代（EoR）。具体来说，我们研究了RFI源发射的频率结构如何在高阶波模式中产生污染，这比平滑频谱前景源更成问题。使用一个相对乐观的EoR模型，我们发现，即使是一个单一的相对暗淡的RFI源可以压倒模式$0.1 \text{ }h\text{ Mpc}^{-1} < k < 2 \text{ }h\text{ Mpc}^{-1}$的$\sim10\text{ mK}^2$的EoR功率谱信号。如果最终功率谱积分中的总表观RFI通量密度保持在1 mJy以下，则在没有其他系统性污染物且误差容限高达10%的情况下，对于模式$k < 0.9\text{ }h\text{ Mpc}^{-1}$，应该可以检测到类似于该乐观模型的EoR信号。更悲观的模型将更具限制性。这些结果强调了用于搜索EoR的望远镜需要高效的RFI缓解策略。
2020-08-11 astro-ph.CO astro-ph.IM
Why and When to Expect Gaussian Error Distributions in Epoch of Reionization 21-cm Power Spectrum Measurements
本文通过解析推导与数值模拟，给出两类再电离纪元21-cm功率谱估计器的误差分布闭式解，并阐明球箱功率谱误差呈高斯分布的条件及其对上限和宇宙学推断的影响。
2023-04-19 astro-ph.CO astro-ph.IM
Observations of the Cosmic Dawn and Epoch of Reionization with the SKAO: Observational Lessons Learned from Precursors and Pathfinder Instruments
本文总结了SKAO先导和探路者仪器在观测宇宙黎明和再电离纪元二十年中获得的观测经验，包括构建精确模拟管道、校准和减轻系统效应的方法，以及对未来SKAO观测设计的影响。
2026-06-25 astro-ph.CO astro-ph.IM
Ionospheric Attenuation of Polarized Foregrounds in 21 cm Epoch of Reionization Measurements: A Demonstration for the HERA Experiment
具有不是频率的平滑函数的偏振状态的前景对HI再电离时期（EoR）功率谱测量提出了挑战，如果它们没有与期望的Stokes I信号干净地分离的话。天线电磁响应的固有极化杂质限制了天空中极化状态的分量可以彼此分离的程度，导致这种频率结构可能被混淆为HI发射。我们调查法拉第旋转的潜力，地球的电离层提供一种机制，既缓解，系统的测试，这种污染。具体来说，我们考虑延迟功率谱估计，它依赖于前景将被分离的宇宙信号在傅立叶空间中的一个明确划定的边界的期望，并正在使用的氢时代的再电离阵列（HERA）实验。通过模拟的能见度测量，其中包括电离层法拉第旋转计算从真实的历史电离层等离子体密度数据，我们发现，在重复观测的天空的偏振态的非相干平均可以衰减偏振泄漏的功率谱的10倍或更多。此外，该效应提供了一种测试EoR功率谱估计中偏振前景污染的存在的方式。
2018-08-17 astro-ph.CO astro-ph.IM
Reionization and Cosmology with 21 cm Fluctuations
通过红移21厘米线测量中性氢的空间分布有望彻底改变我们对再电离时代和第一个星系的认识，并可能为从红移1<z<4观测宇宙学提供一个强大的新工具。在这篇综述中，我们讨论了最近的进展，我们的理论理解的时代的再电离（EoR），应用21厘米断层扫描宇宙学和测量的暗能量状态方程后再电离，仪器和观测技术共享的21厘米EoR和后再电离宇宙学机器。我们特别强调第一代21厘米波动仪器的预期信号和观测能力。
2009-10-16 astro-ph.CO astro-ph.IM
HI Epoch of Reionization Arrays
有几个可用的数据来约束星系际介质（IGM）的热历史，全球重组。到目前为止，大多数限制来自于对宇宙微波背景和光谱学的分析。然而，通过氢的1S超精细跃迁直接研究IGM相对于CMB的发射或吸收将能够广泛表征热历史和源群。新一代的无线电阵列正在开发中，以测量这种线路特征。明亮的前景发射和仪器校准模型的复杂性是重要的障碍。如何优化这些是不确定的，导致方法的多样性。我们讨论了最近的限制线亮度，阵列的努力，包括新的大孔径实验探测黑暗时代（LEDA），和下一代氢再电离阵列（HERA）的概念。
2012-01-09 astro-ph.CO astro-ph.IM
Statistical inversion of the LOFAR Epoch of Reionization experiment data model
LOFAR是一个新的和创新的努力，以建立一个射电望远镜在多米波频谱窗口操作。LOFAR最令人兴奋的应用之一将是寻找来自再电离时代（EoR）的红移21厘米线发射。目前认为，黑暗时代，即宇宙重新组合后变成中性的时期，一直持续到宇宙大约40万年。在EoR期间，物体开始在早期宇宙中形成，它们的能量足以吸收中性氢。实现这一科学目标所需的精确度和准确度，基本上可以转化为积累大量数据。描述LOFAR望远镜对天空强度分布的响应的数据模型的特点是参数的非线性和与所需宇宙学信号相比的大噪声水平。在这张海报中，我们提出了一个统计上最优的地图制作过程及其属性的实现。该方法的基本假设是噪声是高斯分布的，且与台站和频率通道无关，离线LOFAR处理可以显著提高数据的动态范围。这些假设符合我们对LOFAR再电离实验的预期。
2010-08-25 astro-ph.CO astro-ph.IM
Calibration Requirements for Detecting the 21 cm Epoch of Reionization Power Spectrum and Implications for the SKA
21厘米再电离时期的观测有望改变我们对星系形成的理解，但如果没有前所未有的仪器校准水平，这些观测是不可能的。我们提出了一个完整的EoR功率谱分析的端到端的模拟，包括一个真正的数据处理管道的所有主要组成部分：天体物理前景和EoR信号的模型，频率依赖的仪器效应，天空为基础的天线校准，和完整的PS分析。这项研究表明，传统的基于天空的每频率天线校准只能在EoR测量分析中实现，如果校准模型是不切实际的准确。为了合理的目录完整性水平，校准在其他前景自由功率谱模式中引入污染，排除PS测量。我们探讨这种污染的起源和潜在的缓解技术。我们发现，有一个很强的联合约束的校准目录和天线的固有频谱平滑度的精度，这对SKA和其他未来的EoR天文台的仪器设计具有重要意义。
2016-06-07 astro-ph.CO astro-ph.IM
New Limits on Polarized Power Spectra at 126 and 164 MHz: Relevance to Epoch of Reionization Measurements
偏振前景发射是测量高红移21 cm HI再电离期涨落功率谱的一个潜在的污染源。使用Donald C。Backer精密阵列探测再电离时期（PAPER），我们提出了在两个频段，以126 MHz为中心的所有四个斯托克斯参数的观测功率谱的限制（$z=10.3$）和164 MHz（$z=7.66$）进行为期三个月的观测活动，部署32个天线，在$z=7.7$（Parsons et al 2014）和$7.5 < z < 10.5$（Jacobs et al 2014）中报告了非偏振功率谱结果。本文中的功率谱的处理方式与那些作品中的相同，并且没有显示出偏振功率的确定性检测。这种未检测到的现象似乎主要是由于电离层旋转测量波动对极化功率的抑制，这强烈影响了斯托克斯Q和U。我们能够证明，在Parsons等人2014年和Jacobs等人2014年报告的限值水平下，极化泄漏的净效应可以忽略不计。
2017-02-07 astro-ph.CO astro-ph.IM
External Calibrator in Global Signal Experiment for Detection of the Epoch of Reionization
我们提出了一个概念设计研究的外部校准器在21厘米的实验对全球平均辐射的时代的再电离（EoR）检测。如果在短时间间隔内实现传统的三位置开关测量，则使用外部校准器代替当前EoR实验中常用的内部校准器可以消除仪器效应，例如波束图案、接收器增益和系统的不稳定性。此外，在新的设计中，天线系统被放置在具有打开/关闭天花板的地下消声室中，以最大限度地减少环境影响，例如RFI和地面辐射/反射。看来，本文提出的四个外部校准器中的三个，包括两个室内人工发射机和一个室外天体辐射（银河系偏振），不能满足我们的目的。银河弥散辐射的日运动是最有可能作为外部定标器的辐射源，为此我们讨论了观测策略和提取EoR信号的算法。
2021-05-20 astro-ph.CO astro-ph.IM
Estimating the Feasibility of 21cm-Ly$α$ Synergies using the Hydrogen Epoch of Reionization Array
再电离时代（EoR）21 cm和Ly $α$强度图的互相关有望成为探索第一个星系性质的有力工具。下一代强度测绘实验，如氢时代再电离阵列（HERA）和SPHEREx将分别通过21厘米和Ly $α$线的功率谱单独探测再电离，但将受到明亮前景和仪器系统学的限制。交叉关联这些测量可以减少系统性，可能会收紧对推断的天体物理参数的约束。在这项研究中，我们提出了预测的互相关考虑到准确的紫外线采样和前景滤波的影响，估计HERAxSPHEREx的可行性进行检测的21厘米-赖氨酸$α$交叉功率谱。我们还计划HERA和拟议的下一代宇宙黎明强度映射器之间的交叉功率谱的灵敏度。通过隔离的不确定性的来源，我们探讨了实验的限制，如前景滤波和LY $α$热噪声的不确定性，使检测的交叉功率谱的影响。然后，我们实现了这种策略的交叉功率谱和观测误差的模拟，以确定红移的基准21厘米FAST模型预测最高的信号-噪声检测（$z \sim 8$）。我们得出结论，SPHEREx-HERA互相关的检测将需要21 cm前景滤波的乐观水平，以及由于缺乏重叠敏感模式而导致的更深的热噪声集成，但对于具有更大范围尺度和更低噪声预测检测水平的CDIM，即使使用更严格的21 cm前景滤波也是可能的。
2022-02-18 astro-ph.CO astro-ph.IM
The Hydrogen Epoch of Reionization Array Dish I: Beam Pattern Measurements and Science Implications
氢再电离时期射电阵列（HERA）是一个射电干涉仪，旨在探测来自中性氢再电离时期（EOR）的21 cm涨落功率谱。借鉴默奇森宽场阵列（MWA）和探测再电离时代的精密阵列（PAPER）的经验，HERA是一个六边形阵列的大型（14米直径）天线与悬挂偶极子饲料。碟形天线不仅决定整体灵敏度，而且影响干涉仪中前景的观测频率结构。这是一系列四篇论文中的第一篇，通过模拟和测量来表征碟形天线的频率和角度响应。我们在本文中关注角响应（即，功率模式），其设置高延迟和低延迟的天空区域之间的相对权重，并因此设置视在源频率结构。我们使用Neben等人的ORBCOMM波束映射系统测量了137 MHz处的角响应。我们在最佳碟/馈源配置下测量了93 m^2的收集面积，这意味着HERA-320应该使用前景回避方法在z~9处检测EOR功率谱，信噪比为12.7，单季观测，和74.3使用前景减法方法。最后，我们研究了这些光束测量的前景在傅立叶空间中的分布的影响。
2016-12-07 astro-ph.CO astro-ph.IM
Robust Intensity Mapping Analysis against Foregrounds for the Epoch of Reionization
强度映射HI 21厘米线和CO 2.61毫米线从再电离时代已经成为强大的，互补的，高红移宇宙的探针。然而，这两个地图和它们的互相关是由前景占主导地位。我们提出了一种新的分析，通过这种分析，信号是无偏的前景，即它可以测量没有前景缓解。我们构造了HI-CO互相关的反对称部分，这是因为两个场的统计涨落在时间上有不同的演化。我们表明，这个新的信号的符号可以区分模型独立是否由内而外的再电离发生在一定的时间间隔。
2021-01-08 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Cosmic Reionization On Computers: Baryonic Effects on Halo Concentrations During the Epoch of Reionization
重子既通过绝热收缩增加晕的浓度，又通过反馈过程排出质量。然而，在再电离时期普遍存在的辐射场如何影响暗物质晕中浓度的演化还不是很清楚。我们研究重子物理在再电离时代如何修改计算机宇宙再电离（CROC）模拟中的暗物质晕结构。我们使用两种不同的措施晕浓度量化的影响。我们比较浓度的晕之间匹配的全物理模拟和暗物质只有模拟$5 \leq z \leq 9$之间具有相同的初始条件。全物理模拟中的重子确实会将物质拉向中心，与仅暗物质模拟相比，增加了最大圆周速度。然而，它们的总体影响要比所有重子简单地集中在中心的情况小得多，这表明加热过程有效地抵消了冷却效应。最后，我们表明，在$z\approx5$晕浓度的重子效应是相对不敏感的再电离历史的环境变化。这些结果是有关模型的星系晕连接在再电离的时代。
2022-09-29 astro-ph.CO astro-ph.GA
CCAT-prime: The Optical Design for the Epoch of Reionization Spectrometer
再电离时代光谱仪（EoR-Spec）将是CCAT-prime合作的Fred Young亚毫米望远镜（FYST）上的Prime-Cam接收器的仪器模块，这是一个6米主镜交叉Dragone望远镜。EoR-Spec将利用其法布里-珀罗干涉仪（FPI），逐步通过210至420 GHz之间的频率，对红移为3.5至8的恒星形成星系聚集体中的158 $μ$ m [CII]线进行线强度测绘，以追踪再电离时期宇宙结构的演变。在这里，我们提出的模块的光学设计，包括光学质量和其他关键参数的研究在图像表面。为了使用FPI实现所需的分辨率（R $\sim$ 100），在系统的Lyot光阑处具有高度准直的光束是很重要的;概述了使用四个透镜而不是其他Prime-Cam模块中使用的三个透镜来实现这一目标的优化过程。作为优化的一部分，我们测试了在这个交叉Dragone设计中用双锥透镜替换一些非球面透镜的效果，发现双锥透镜倾向于提高模块焦平面上的图像质量。
2022-08-19 astro-ph.CO astro-ph.IM
Measuring Light from the Epoch of Reionization with CIBER, the Cosmic Infrared Background Experiment
宇宙中第一代恒星的紫外线辐射电离了星系际介质，这一过程在z~6时完成;这些光子的波长已经红移了（1+z），成为今天的近红外线，可以使用位于地球大气层上方的仪器进行测量。宇宙红外背景实验（CIBER）于2009年2月首次飞行，由四个仪器组成，安装在一个可重复使用的探空火箭上。CIBER将使用两台宽带成像仪器测量再电离时期宇宙结构引起的河外红外背景中的空间各向异性，使用低分辨率光谱仪详细描述红外背景的光谱形状，并在我们的六个科学领域中使用高分辨率光谱仪测量Zodical光前景的绝对亮度。本文介绍了CIBER的科学动机和前两次飞行的详细情况，包括对首次飞行发表的科学结果的回顾和对未来再电离科学与CIBER数据的展望。
2011-01-08 astro-ph.CO astro-ph.IM
The HI Bias during the Epoch of Reionization
中性氢（HI）及其21厘米谱线是研究星系际介质（IGM）再电离过程的重要探针。为了有效地使用这种探测器，必须很好地理解中性氢是如何追踪底层物质分布的。在这里，我们研究这个问题，使用半数值模拟相结合的HI在IGM和HI从晕在再电离时代（EoR），并调查的演变和尺度依赖的中性分数的偏见，以及21厘米线的偏见。结果表明，在再电离过程中，大尺度中性组分偏置值为负值，其绝对值在再电离早期增大，在再电离后期减小。在再电离后期，HI偏置存在一个过渡尺度，在这个尺度上，HI偏置由大尺度的负向小尺度的正过渡，并且随着再电离的进行，这个尺度逐渐增大。
2019-10-03 astro-ph.CO
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
Bayesian power spectrum estimation at the Epoch of Reionization
我们介绍了一种新的方法进行鲁棒贝叶斯估计的三维空间功率谱的再电离时期（EoR），从干涉观测。这种技术的多功能性使我们能够提出两种方法。首先，当观测仅跨越少量独立空间频率（$k$ -模式）时，我们直接从描述EoR信号实现的球面功率谱系数采样。其次，当模型中包含的$k$ -模式的数量变大时，我们从球面功率谱和信号系数的联合概率密度中采样，使用Hamilton Monte Carlo方法有效地探索这个高维（$\sim$ 20000）空间。这种方法已成功地应用于模拟观测，其中包括同伴出版物中的天体物理现实前景（Sims等人。2016）。在这里，我们专注于详细解释该方法，并使用简单的前景模型来证明其有效性，并突出突出显示显著特征。特别是，我们表明，包括一个任意的平坦频谱连续前景，是$10^8$倍以上的EoR信号的功率没有检测到的影响，我们的参数估计的EoR功率谱恢复的数据。
2018-11-03 astro-ph.CO astro-ph.IM
Finding Core Collapse Supernova from the Epoch of Reionization Behind Cluster Lenses
目前正在进行调查，以利用引力透镜的星系团与爱因斯坦半径>35”在寻找最高的红移星系。来自再电离时期的相关超新星将其通量提高到检测阈值以上，延长其可见时间。我们预测詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）将能够发现红移超过z=7-8的透镜核心坍缩超新星。
2013-03-27 astro-ph.CO astro-ph.HE
AMBER: A Semi-numerical Abundance Matching Box for the Epoch of Reionization
再电离时期的绝对匹配盒（AMBER）是一个模拟宇宙黎明的半数字代码。新算法不是基于再电离的偏移集理论，而是采用新的方法计算再电离-红移场$z_\mathrm{re}(\boldsymbol{x})$，假设遇到较高辐射强度的氢气更早被光电离。根据给定的质量加权电离分数$\bar{x}_\mathrm{i}(z)$，在匹配电离质量丰度的同时分配红移值。该代码具有独特的优势，允许用户直接指定通过红移中点$z_\mathrm{mid}$，持续时间$Δ_\mathrm{z}$，和不对称$A_\mathrm{z}$输入参数的再电离历史。再电离过程由星系形成的最小晕质量$M_\mathrm{min}$和辐射转移的辐射平均自由程$l_\mathrm{mfp}$进一步控制。我们实现了改进的方法来构建密度，速度，晕，辐射场，这是必不可少的组成部分建模再电离观测。我们比较琥珀与其他两个半数值方法，发现我们的代码更准确地再现辐射流体动力学模拟的结果。并行代码比辐射转移模拟快四个数量级，将有效地实现大体积模型，全天空模拟观测和参数空间研究。AMBER将公开提供，以促进和改变EoR的研究。
2022-05-10 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
A novel probe of bubble size statistics and time scales of the epoch of reionization using the contour Minkowski Tensor
我们采用秩为2的{ \em轮廓} Minkowski张量在二维探测长度和时间尺度的电离气泡在再电离的时代。我们证明，这个张量的本征值提供了很好的探针的电离气泡的大小的分布，并从它的特征气泡的大小，在不同的红移。我们表明，电离气泡不是圆形的，因此不是球形的三维，因为通常假设为简化的分析参数。我们量化它们的形状各向异性使用的两个特征值的比率。形状参数提供了气泡合并开始和结束的特征时间段。我们的方法将是非常有用的再电离历史的亮度温度场的数据重建。
2020-11-19 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
Primordial Non-Gaussianity Estimation using 21 cm Tomography from the Epoch of Reionization
测量由宇宙暴胀理论预测的小的原始非高斯性（PNG）可能有助于诊断它们。PNG的可探测性，其印记的21厘米功率谱从时代的再电离重新评估这里的$f_{NL}$，本地非线性参数。我们发现，一个最佳的，多频观测SKA可以实现$Δf_{NL} \sim 3$（最近普朗克CMB限制），而宇宙方差限制阵列的这种大小，如Omniscope甚至可以检测到$Δf_{NL} \sim 0.2$。这大大修改了以前工作的方法和结果。
2013-10-24 astro-ph.CO
Promising Observational Methods for Detecting the Epoch of Reionization
自从在z > 6 Ly-alpha森林中首次探测到Gunn-Peterson槽和首次通过宇宙微波背景（CMB）再电离测量Thomson散射光学厚度以来，已经有好几年了。目前的CMB测量提供了一个显着的约束，再电离的平均红移，和Ly-alpha森林提供了一个下限的红移在再电离结束。然而，没有任何观察提供关于这一过程的持续时间和形态的确切信息。本文简要回顾了探测和研究宇宙相变的最有前途的观测方法，重点是CMB各向异性、伽马射线暴余辉、Ly-alpha发射星系和红移21 cm发射。
2010-09-24 astro-ph.CO
IslandFAST: A Semi-numerical Tool for Simulating the Late Epoch of Reionization
我们介绍了我们的半数值模拟，islandFAST，这是从21厘米FAST和再电离后期设计的算法和主要结果。islandFAST预测了大尺度欠致密中性区（中性岛）的演化和尺寸分布，我们发现再电离后期（EoR）进行得非常快，在每个红移处显示出中性岛的特征尺度。使用islandFAST，我们比较了两种类型的吸收系统的影响，即大规模的低密度中性岛与小规模的过密度吸收体，在调节再电离过程。中性岛控制电离场的形态，而小尺度吸收体控制电离光子的平均自由程，也延迟和延长再电离过程。我们的半数值模拟，电离背景的演变可以自洽地推导出一个模型的小吸收体。在致密吸收体的存在下，电离背景的氢电离率降低了一个数量级。
2016-12-17 astro-ph.CO
Primordial non-Gaussianity from the 21 cm Power Spectrum during the Epoch of Reionization
原初非高斯性是暴胀宇宙学的一个关键检验。我们认为，在再电离的时代，从21厘米发射的电离功率谱的非高斯性的影响。我们专注于大尺度上的功率谱在7到8的红移，并探讨当前和下一代21厘米实验的局部非高斯参数f_NL的预期约束。我们表明，如SKA和MWA实验可以测量10阶的f_NL值。这可以通过一个数量级的快速傅里叶变换望远镜，如Omniscope。
2011-09-04 astro-ph.CO
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
Exploring the cosmic dawn and epoch of reionization with 21cm line
宇宙的黑暗时代，当没有发光物体存在时，随着第一批恒星、星系和黑洞的诞生而结束。这个时代被称为宇宙黎明。宇宙再电离是宇宙中星系际介质在发光天体发射的电离光子驱动下发生的主要跃迁。虽然从黑暗时代到再电离的时期是宇宙中的一个里程碑，但我们对这一时期的认识还不够。由中性氢发射的宇宙21厘米信号有望为这一时期打开一扇新的窗口。在这篇综述文章中，我们首先介绍了21厘米线的基本物理和第一颗恒星如何影响21厘米线信号。接下来，我们简要总结了如何通过统计和机器学习方法从21 cm线信号中提取天体物理信息。我们还讨论了21厘米线信号和其他发射线之间的协同作用。最后，我们总结了21厘米实验的现状。
2023-03-20 astro-ph.CO
HI tomographic imaging of the Cosmic Dawn and Epoch of Reionization with SKA
我们提供了一个概述的21厘米断层扫描的宇宙黎明和时代的再电离尽可能与SKA-Low。我们展示了为什么断层扫描是必不可少的研究CD/EoR和目前的规模，可以在不同的频率为SKA-低的不同阶段成像。接下来，我们将讨论分析层析成像数据的不同方法。最后，我们概述了只能通过断层扫描来回答的科学问题，从单个物体的特征到理解CD/EoR期间塑造宇宙的全球过程
2015-01-17 astro-ph.CO
A lower limit of dz > 0.06 for the duration of the reionization epoch
对早期宇宙中氢原子21厘米谱线的观测直接探测了星系间气体再电离的历史。然而，观测是具有挑战性的，因为预期的信号强度较低（~10 mK），并且受到银河系和河外连续谱源中强（>100 K）前景同步辐射的污染。如果再电离发生得很快，那么在全天光谱中，在平滑的前景上应该有一个特征性的可见信号。在这里，我们报告了一个在100和200 MHz之间的全天空光谱，对应于21厘米线的红移范围6 < z < 13。数据排除了在95%置信水平下dz < 0.06的快速再电离时间尺度。
2012-09-05 astro-ph.CO
The Epoch of Reionization
宇宙的黑暗时代随着第一代星系的形成而结束。这些物体开始发射紫外线辐射，在它们周围形成电离区域。在足够数量的电离源形成后，宇宙中气体的电离部分迅速增加，直到氢完全电离。在这段时间里，宇宙气体从中性到电离，被称为宇宙的再电离时代。再电离时代与宇宙学中的许多基本问题有关，例如第一个星系的性质，（迷你）类星体的物理学，非常贫金属恒星的形成以及天体物理学中的一系列其他重要研究课题。因此，揭示它将对早期宇宙结构形成的研究产生深远的影响。这一章回顾了当前关于再电离期存在的观测证据，它的关键理论方面和主要特征，最后是各种有望揭示它的观测探测器，特别强调了红移21厘米探测器，目前正在建造或设计的各种实验，以及我们可以从它们那里了解到关于再电离期的信息。
2012-06-01 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
Modelling the 21 cm Signal From the Epoch of Reionization and Cosmic Dawn
通过红移21厘米谱线研究宇宙黎明和再电离时期是SKA1的主要科学目标之一。它们的重要性在于它们与宇宙中最早的恒星密切相关。解释即将出现的数据需要对相关的物理过程进行详细的建模。在这篇文章中，我们专注于再电离的理论模型，这些模型是由在印度工作的各个小组根据即将到来的SKA制定的。这些模型包括纯分析和半数值计算以及完全数值辐射转移模拟。从这些模型的21厘米信号的预测将是有用的，在约束使用SKA数据的早期星系的属性。
2016-10-26 astro-ph.CO
Dipole of the Epoch of Reionization 21-cm signal
太阳系相对于宇宙静止坐标系的运动将再电离时期21厘米信号的振幅调制成偶极子。该偶极子具有特征频率依赖性，该特征频率依赖性由偶极子信号的频率导数支配。我们认为，虽然信号是由$\sim100$的一个因素较弱，在测量偶极子有显着的好处。最重要的是，宇宙速度矢量的方向可以从宇宙微波背景中精确地得知，并且与调制前景微波背景的星系速度矢量不一致。此外，一个旨在测量偶极子的实验可以依赖于天空的差分补丁，而不是进行绝对信号测量，这有助于产生一些系统效应。
2017-03-26 astro-ph.CO
Observing the Epoch of Reionization with the Cosmic Microwave Background
我们回顾了可观测到的后果的时代的再电离（EoR）的宇宙微波背景（CMB），和由此产生的约束EoR。我们讨论如何汤姆逊散射EoR过程中产生的自由电子等同于CMB光子的光学深度。WMAP和普朗克卫星利用大尺度CMB偏振功率谱进行的光学深度测量是目前对宇宙再电离时间的少数限制之一。我们还提出了预测的精度，光学深度将测量未来的卫星任务。其次，我们考虑运动学的Sunyaev-Zel'dovich（kSZ）效应，以及kSZ功率谱如何依赖于再电离的持续时间。我们回顾目前的测量kSZ功率和预测未来的实验。最后，我们提到的建议，寻找在CMB的光谱失真，在EoR的电子温度相关，和想法映射的变化，在整个天空的光学深度。
2015-11-03 astro-ph.CO
On the spin-temperature evolution during the epoch of reionization
模拟估计从再电离时期（EoR）的红移21厘米的差分亮度温度往往假设自旋温度是去耦的背景CMB温度，并远远大于它。虽然一个有效的假设对再电离过程的后期阶段，它不一定在早期的时代举行。违反这一假设将导致差异亮度温度的波动，既不是由密度波动，也不是由HII区域驱动。因此，通过处理自旋温度与动力学温度的莱曼-α耦合和碰撞耦合，自洽地计算自旋温度是至关重要的。在本文中，我们开发了一个扩展的BEARS算法，最初开发的模型再电离的历史，包括这些耦合效应。在这里，我们模拟了三种模型中的电离和加热的效果，其中再电离是由恒星，miniqsos或两者的混合物驱动的。我们还进行了一些统计测试，以量化的自洽包含的自旋温度从CMB去耦的印记。我们发现自旋温度的演化对测量信号有影响，特别是在红移大于10的情况下，当人们试图解释观测数据时，应该考虑这种演化。
2010-09-30 astro-ph.CO
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
Self-shielding of hydrogen in the IGM during the epoch of reionization
我们研究星系际氢对电离辐射的自屏蔽辐射转移模拟宇宙再电离仔细校准莱曼α森林数据。虽然自屏蔽区域在后再电离宇宙中表现为莱曼极限系统，但在这里，我们专注于它们在再电离过程中的演化（红移z=6-10）。在这些红移下，氢电离辐射的空间分布是高度不均匀的，宇宙的某些区域仍然是中性的。在模拟中屏蔽了中性区和电离源后，我们发现氢的光电离率与局部氢密度的关系与再电离后宇宙中的情况非常相似。在这些红移中，自屏蔽变得重要的物理氢密度约为平均氢密度的$\mathrm{n_H \sim 3 \times 10^{-3} cm^{-3}}$或$\sim$的20倍，反映了这样一个事实，即在再电离过程中，光电离率通常足够低，以至于宇宙网中的细丝经常是自屏蔽的。典型的自屏蔽密度的值在红移z=3和10之间减小了3倍，并且以简单的方式遵循电离区域中的平均光电离率的演变。我们提供了一个简单的参数化的光电离率作为密度的函数在自屏蔽区域的再电离时代。
2018-05-09 astro-ph.CO
Lyman Alpha Emitters and the 21cm Power Spectrum as Probes of Density-Ionization Correlation in the Epoch of Reionization
由于Ly $α$光子与氢的大截面，莱曼α发射体（LAEs）在再电离时期（EoR）对星系际介质（IGM）中中性氢的存在很敏感：在宇宙历史中，IGM中的中性氢被电离。在IGM相对于底层的内在LAEs的电离区域的相关性有显着的效果上观察到的LAEs的数量和它们的明显聚类。因此，在EoR期间LAE的观测可以用作EoR形态的探针。在这里，我们建立在以前的作品，我们参数化的密度电离相关性在EoR，并研究如何观察到的数密度和角关联函数（ACF）的LAEs依赖于此参数化。使用斯巴鲁测量的数密度的LAE和他们的ACF在z = 6.6，我们把限制的EoR形态。我们发现，在z = 6.6单独LAEs的测量不能区分不同的密度电离模型在$68\%$的可信度。然而，添加信息的数量密度，和ACF，LAE在$z = 6.6$到21厘米功率谱测量使用氢时代的再电离阵列（HERA）在再电离的中点可以排除不相关和外向内再电离在$99\%$的可信度。
2021-05-07 astro-ph.CO
The mean free path of hydrogen ionizing photons during the epoch of reionization
我们利用极光辐射流体动力学模拟研究了氢电离光子在再电离阶段的平均自由程。我们直接测量MFP的平均距离1 Ry光子旅行之前达到一个光学深度的单位沿随机视线。在再电离过程中，自由程的终点往往是密度接近宇宙平均值的中性气体，而在再电离后，终点往往是过密的，但高度电离的。尽管离散的过密系统的重要性日益增加，但具有$N_{\rm{HI}} \lesssim 10^{16.5}~{\rm cm^{-2}}$的系统的累积贡献足以在$z \approx 6$下驱动MFP，而在更早的时间，更高的柱密度更重要。在再电离之后，HI系统的典型尺寸接近于局部Jeans长度，但是在再电离期间它要大得多。起源于星系附近的光子的平均自由程$\rm{MFP_{gal}}$比宇宙MFP小得多。再电离后，这种增强可以保持显着的开始距离的$\sim 1$共同移动Mpc。然而，在再电离过程中，距离$\sim 10^2 - 10^3$共动kpc的$\rm{MFP_{gal}}$通常超过宇宙MFP。这些发现有重要的后果模型解释星系间MFP逃逸电离光子的距离可以从星系被吸收之前，并可能导致他们低估所需的逃逸分数从星系，和/或所需的发射率电离光子后再电离。
2017-08-14 astro-ph.CO
Detectability of 21-cm Power Spectra from the Epoch of Reionization using Modern Radio Telescopes
K. N. Toosi University of Technology（K.N.托伊西理工大学）；University of Massachusetts Dartmouth（马萨诸塞大学达特茅斯分校）
本研究利用HERA、MWA、GMRT、LOFAR四个射电天文台，结合21SSD模拟的45个模型，探究再电离时期21厘米功率谱的探测灵敏度，以约束该时期的天体物理模型。
2026-10-14 astro-ph.CO
Energy dissipation of energetic electrons in the inhomogeneous intergalactic medium during the epoch of reionization
研究了宇宙再电离时期非均匀星系际介质中高能电子随时间的能量耗散。除了原子过程之外，我们还考虑了电子在漫画微波背景（CMB）光子上的逆康普顿（IC）散射，这是能量超过几MeV的电子的能量损失的主要通道。我们证明：（1）对IGM的影响既有局部的，（原子过程）和非局部（2）氢离子和氦离子电离的能量分布依赖于初始电子能量，（3）局域重子过密度显著影响能量在各通道中的分布;（4）在宇宙再电离时期，原子截面的相对论效应变得重要。我们将代码作为开源发布，供社区进一步修改。
2016-04-18 astro-ph.CO astro-ph.HE
Elucidating Dark Energy with Future 21 cm Observations at the Epoch of Reionization
我们研究如何精确地确定暗能量的性质，如状态方程（EoS）及其时间依赖性，通过使用未来的观测21厘米波动在再电离的时代（6.8 <~ z <~ 10），如平方公里阵列（SKA）和Omniscope，结合来自宇宙微波背景、重子声学振荡、Ia型超新星和哈勃常数的直接测量。我们考虑了几个参数化的EoS和发现，未来21厘米的观测将是强大的约束模型的暗能量，特别是当它的EoS在高红移变化。
2017-03-06 astro-ph.CO hep-ph
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
Skew spectrum and smoothed skewness of 21-cm signals from epoch of reionization
本文利用半数值模拟研究了再电离时期21厘米信号的偏斜谱和平滑偏斜度，发现其演化特征与双谱相似且对模型敏感，并以SKA1-low为参考证实其信噪比显著高于双谱。
2023-05-11 astro-ph.CO
The Detectability of Lyman Alpha Emission from Galaxies during the Epoch of Reionization
我们研究了Lyman Alpha（Lya）发射线在再电离时期（EoR）的可见性。结合银河系外流模型与大规模的再电离半数值模拟，我们量化的概率分布函数（PDF）的分数Lya光子通过星系际介质（IGM），T_IGM传输。我们的研究重点是星系填充暗物质晕质量的M_halo=1e10 M_sun在z=8.6，这是受到最近报道的星系在z=8.6与强大的Lya线发射发现。对于合理的模型假设，我们发现风导致T_IGM>10% [50%]，对于大多数星系，即使宇宙体积约为80% [60%]中性。因此，从报道的z=8.6星系中观察到的强Lya发射与高度中性的IGM一致。我们还调查了最近的初步证据的影响，观察到的“LAE分数”之间的辍学星系z=6和z=7之间的减少。如果得到证实，我们表明，在x_HI的快速演变将需要通过再电离的影响来解释这一观察。
2011-11-30 astro-ph.CO
The He II Post-Reionization Epoch: HST/COS Observations of the Quasar HS1700+6416
单电离氦（He II）的再电离期被认为开始于红移z~3.5- 4，并在z~2.7时几乎完成。利用哈勃太空望远镜上的宇宙起源光谱仪（COS）拍摄的明亮高红移类星体HS 1700 +6416的远紫外光谱，研究了其再电离后的时间演化。我们讨论这些数据，因为他们探测后再电离历史的He II和当地的电离环境周围的类星体和横向的视线。我们比较以前的光谱远紫外光谱探测器的当前COS数据，其中有一个显着更高的信噪比。Gunn-Peterson槽在较低的红移处恢复，有效光学厚度从z~2.7处的τ_eff~1.8下降到z~2.3处的τ_eff~0.7。我们在He II Lyα破裂附近看到了一个有趣的过量通量，这可能是类星体的线发射，尽管可能不是He II Lyα。我们提出了四个可能的横向邻近类星体的光谱，虽然紫外硬度数据是不够的质量说，如果他们的影响被视为沿HS 1700视线。
2012-12-06 astro-ph.CO
Reliable Parameter Inference for the Epoch of Reionization using Balanced Neural Ratio Estimation
University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；The Ohio State University（俄亥俄州立大学）；Leiden University（莱顿大学）
本文应用平衡神经比率估计（BNRE）改进再电离纪元参数推断，通过Lyα森林自相关函数双参数模型证明其后验分布校准显著优于高斯似然假设，为天体物理建模提供统计稳健的参数约束。
2025-11-11 astro-ph.CO
Enhancing the detectability of ionized Regions during the Epoch of Reionization
Indian Institute of Science Education and Research Kolkata（印度科学教育与研究学院加尔各答分校）；Jadavpur University（贾达普大学）
本文提出改进的匹配滤波方法，用于检测再电离时期的大离子化区域，并通过SKA-low观测实现高灵敏度检测。
2026-01-22 astro-ph.CO
A simulation calibrated limit on the HI power spectrum from the GMRT Epoch of Reionization experiment
GMRT再电离时期（EoR）实验是一项正在进行的测量中性氢在高红移下的功率谱的努力。我们以前曾用基本的分段线性前景减法在波数k=0.65 h/Mpc时报告过上限为（70 mK）^2。在本文中，我们探讨了使用奇异值分解，以消除前景与较少的假设前景结构。使用这种方法，我们还首次量化了由于前景滤波器而造成的信号损失，并提出了针对这种损失进行调整的新功率谱，提供了在k=0.50 h/Mpc时2 σ上限为（248 mK）^2的修正测量值。虽然这一修订后的限制比以前报道的要大，但我们认为它更稳健，仍然代表了z=8.6时再电离的最佳电流约束。
2013-05-13 astro-ph.CO
Opening Reionization: Quantitative Morphology of the Epoch of Reionization and Its Connection to the Cosmic Density Field
我们介绍了一个通用的和空间分辨的二进制字段的形态特征，植根于数学形态学的开放变换。随后，我们将其应用到阈值电离场的模拟宇宙再电离和研究电离区的形态。我们发现，一个电离体积元素通常驻留在一个电离区域半径$\sim8\,h^{-1}\mathrm{cMpc}$在中点的再电离（$z\approx7.5$），并遵循气泡的尺寸分布，甚至超出重叠阶段。我们发现，渗透的完全电离的组件集时，25%的宇宙是电离的，由此产生的无限集群包含所有电离区域以上$\sim8\,h^{-1}\mathrm{cMpc}$。我们还量化了不同半径的电离区域相对于物质的聚类，并在小尺度上检测重叠阶段中超级气泡的形成。在大尺度上，我们量化了不同大小的电离和中性区域中心的偏置值，不仅表明在再电离的高点最大的可以达到$b\approx 30$，而且早期的小电离区域与物质正相关，大的中性区域和晚期的小电离区域与物质严重反偏置，下降到$b\lesssim-20$。
2020-09-07 astro-ph.CO
What Next-Generation 21 cm Power Spectrum Measurements Can Teach Us About the Epoch of Reionization
目前正在进行一些实验，以测量再电离时期的21厘米信号。无论这些实验是否能探测到宇宙辐射，它们有限的灵敏度都将阻止它们提供有关再电离天体物理学的详细信息。在这项工作中，我们考虑什么类型的测量将使下一代更大的21厘米EoR望远镜。为了计算这种阵列可能的约束类型，我们使用简单的模型的仪器，前景发射，和再电离的历史。我们主要集中在一个仪器建模后的$\sim 0.1~\rm{km}^2$收集区氢时代的再电离阵列（HERA）的概念设计，并参数化的不确定性，前景排放考虑不同的限制，最近描述的“楔形”足迹在k空间。再电离的历史中的unevenness占使用一系列的模拟，不同的电离效率和负责再电离的星系的最低维里温度，以及电离光子通过IGM的平均自由程。鉴于各种组合的模型，我们认为可能的功率谱检测的意义，跟踪功率谱的演变与红移的能力，显着的功率谱特征的可检测性，以及对天体物理参数的定量约束的可实现水平。最终，我们发现，收集区域的$0.1~\rm{km}^2$足以确保即使在最悲观的情况下，再电离功率谱的非常高的显著性（$\gtrsim30σ$）检测。这种灵敏度应允许有意义的约束的再电离的历史和天体物理参数，特别是如果前景减法技术可以改进和成功实施。
2014-09-16 astro-ph.CO
