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
Parametrizing the Reionization History with the Redshift Midpoint, Duration, and Asymmetry
一个新的参数化的再电离的历史，以方便强大的比较不同的观测和理论。通过指定中点、持续时间和不对称性参数，可以有效地捕捉电离分数随红移的演化。拉格朗日插值函数，然后用来构建解析曲线，精确地拟合相应的电离点。形状参数化是很好的匹配辐射流体动力学模拟的理论结果。再电离观测值的比较差异是：电离分数$|Δx_\text{i}| \lesssim 0.03$，21厘米亮度温度$|ΔT_\text{b}| \lesssim 0.7\, \text{mK}$，汤姆逊光学深度$|Δτ| \lesssim 0.001$和斑片状动力学Sunyaev-Zel'dovich角功率$|ΔD_\ell | \lesssim 0.1\, μ\text{K}^2$。这种精确和灵活的方法将允许参数空间的研究和自洽约束的再电离历史从21厘米，CMB，高红移星系和类星体。
2018-05-18 astro-ph.CO
Impact of reionization history on constraining primordial gravitational waves in future all-sky cosmic microwave background experiments
本文研究了再电离历史不确定性对全天CMB偏振实验限制原初引力波的影响，发现利用大尺度E模功率谱可排除导致偏差的再电离场景，从而确保PGW限制的稳健性。
2024-12-25 astro-ph.CO
Probing the Early History of Cosmic Reionization by Future Cosmic Microwave Background Experiments
宇宙再电离在宇宙微波背景（CMB）的温度和偏振各向异性上留下了自己的印记。CMB望远镜的进步已经对再电离的历史施加了重大的限制。由于不久的将来CMB望远镜的目标是最大的灵敏度，或仅受宇宙方差（CV）限制的观测，我们在此预测未来CMB观测在约束再电离历史方面的潜力。在这项研究中，我们进行马尔可夫链蒙特卡罗分析CV有限的E-模式偏振观测，如LiteBIRD（光卫星的研究B-模式偏振和膨胀从宇宙背景辐射探测），基于几种不同的方法，不同的方式采样再电离历史。我们特别关注于估计非常早期的历史，发生在红移$z>15$，这是量化的部分CMB光学深度由于自由电子在$z>15$，$τ_{z>15}$。我们发现，$τ_{z>15} \sim 0.008$的再电离，这是远远低于目前的上限$τ_{z>15} \sim 0.02$，是可以实现的再电离模型在早期阶段与minihalo的优势，并可以区分与$τ_{z>15} \lesssim 5\times 10^{-4}$通过CV有限的CMB偏振观测。然而，对$τ_{z>15}$的准确估计仍然有些难以捉摸。我们调查是否resscribe有限球谐模式的E模式偏振数据可以解决这个缺点。
2022-02-09 astro-ph.CO
Cosmic Reionization On Computers II. Reionization History and Its Back Reaction on Early Galaxies
我们比较了几组宇宙学模拟宇宙再电离的结果，宇宙再电离计算机（CROC）项目下产生的，与现有的观测数据的高红移Ly-alpha森林和丰富的Ly-alpha发射体。我们发现很好的一致性与观测测量和以前的模拟工作。由于每一组数值参数都有几个独立的实现，我们能够探索宇宙方差对可观测量的影响。我们被迫得出的一个意想不到的结论是，宇宙方差在z>6时异常大，我们的模拟和观测测量（很有可能）仍然没有完全收敛，即使是平均冈恩-彼得森光学深度或体积加权中性分数等基本量。我们还发现，再电离对早期星系或全球宇宙恒星形成历史的影响很小，因为其气体含量受光电离影响的星系首先不包含分子（即恒星形成）气体。特别是，由JWST的星系光度函数的暗端的测量是不太可能提供一个有用的约束再电离。
2014-08-04 astro-ph.CO
Gaussian Process Reconstruction of Reionization History
我们使用高斯过程回归重建再电离的历史。利用哈勃前沿场的紫外光度数据，我们重建了紫外光度密度的红移演化，从而重建了电离方程中源项的演化。这种独立于模型的重建排除了光度密度的单一幂律演化，但支持对数双幂律参数化。通过对电离方程和重构源项积分，得到了再电离历史。利用普朗克宇宙微波背景观测的光学深度约束，截断星等为-17和-15的紫外光度函数测量积分，以及高红移类星体、星系和伽马射线暴观测的电离分数，我们约束了再电离的历史。在保守的情况下，我们发现在68%和95%的置信区间下，光学深度的约束为$τ=0.052\pm0.001\pm0.002$。我们发现在10%和90%电离之间的红移持续时间是$2.05_{-0.21-0.30}^{+0.11+0.37}$。如果在联合分析中使用截断星等为-15的紫外光度密度数据，则支持更长的再电离持续时间。我们的研究结果指出，即使在保守的重建，宇宙学和天体物理学的观测相结合，可以提供严格的限制再电离的时代。
2021-10-31 astro-ph.CO
Effect of halo bias and Lyman Limit Systems on the history of cosmic reionization
我们扩展了Furlanetto等人（2004）现有的再电离分析模型，以包括再电离源的偏置和莱曼极限系统的额外吸收。通过构造，我们的模型与观测到的z<8时星系光度函数的演化和观测到的z<6时Ly-α森林的演化是一致的。我们还发现，对于我们认为合理的相对逃逸分数的大范围的值，这是一致的，从较低的红移的相对逃逸分数的观测约束，我们的再电离模型是一致的WMAP约束的汤普森光学深度和SPT和EDGES约束的持续时间的再电离。因此，我们得出结论，有可能开发出与所有现有观测约束一致的物理上现实的再电离模型。
2012-12-06 astro-ph.CO
Measuring the History of Cosmic Reionization using the 21-cm Difference PDF
在宇宙再电离过程中，21厘米的亮度波动是高度非高斯的，互补的统计数据可以从像素亮度温度的分布中提取出来，而这些温度是不能从21厘米的功率谱中得到的。一个这样的统计量是21厘米差异PDF，两点之间的21厘米亮度温度差异的概率分布函数，作为点之间距离的函数。从模拟中提取的21厘米差分PDF的指导下，我们进行了极大似然分析模拟观测数据，并分析了目前和未来的低频无线电阵列实验的能力，以估计的形状的21厘米差分PDF，并测量宇宙再电离的历史。我们发现，一年的数据与实验，如默奇森宽场阵列应该足以探测大尺度在中期到后期阶段的再电离，而第二代实验应该产生详细的测量范围广泛的尺度在大部分的再电离时代。
2012-09-25 astro-ph.CO
Large-scale variation in reionization history caused by Baryon-dark matter streaming velocity
在宇宙复合时，重子与暗物质之间存在超音速相对运动，这种相对运动起源于早期宇宙中的重子声振荡。这种运动被认为对宇宙再电离后期的影响可以忽略不计，因为相对速度迅速降低。然而，最近的研究表明，小于本地金斯质量（$\lesssim$ $10^8~M_\odot$）的气体云中的复合可以通过增加电离星系际介质所需的紫外光子数量来影响再电离历史。出于这一动机，我们进行了一系列的辐射流体动力学模拟，以调查是否流运动可以产生变化的局部再电离的历史，通过平滑的clusional小尺度结构和降低电离光子预算。我们发现，流速可以在再电离末端红移中增加$Δz_e$ $\sim$ $0.05$ $-$ $0.5$的变化，这取决于X射线预热的水平和电离源的时间演化。当星系的电离效率越往后降低时，这种变化越大。考虑到流运动（$\gtrsim 100$ Mpc）的长空间涨落尺度，它有助于解释类星体观测到的Ly $α$不透明度变化，并在星系际介质的电离场上留下再电离过程中的大尺度印记. X射线源的预再电离加热是另一个关键因素，可以抑制小尺度气体聚集，并可以减少由流动运动引入的$z_e$的变化。
2021-01-22 astro-ph.CO
Reionization in the dark and the light from Cosmic Microwave Background
我们探讨了普朗克2015年宇宙微波背景（CMB）数据的再电离历史的约束条件，并推导出未来CMB观测的预测。我们考虑一类单调的历史参数化的再电离的两个额外的参数，相对于在瞬时再电离建模中使用的平均光学深度。我们研究了再电离的历史和标准宇宙学模型的选定扩展之间的简并性。特别是，我们认为与中微子部门的总质量的简并，我们讨论了可能的相关性之间的暗物质湮灭和持续时间的再电离的CMB。我们使用Hazra和Smoot，JCAP 1711，028（2017）中提出的多离子模型的扩展。我们将普朗克2015年数据的约束与未来可能的CMB任务LiteBIRD的预测约束进行了比较，我们还使用了拟议的类似CORE的规格作为更高分辨率的例子。我们发现，平均光学深度和再电离持续时间之间的简并性将基本上被这两个概念所消除。再电离历史与总中微子质量和暗物质湮灭性质之间的简并性也将通过未来的调查得到改善。我们发现，在再电离的时间长的情况下，在更高的分辨率的再电离历史的约束只有边际改善。
2018-07-14 astro-ph.CO
Asking Fast Radio Bursts for More than Reionization History
本文提出利用快速射电暴色散量的方差探测再电离历史，发现方差编码了电离气泡大小与再电离持续时间信息，并通过模拟验证了其有效性。
2025-10-16 astro-ph.CO astro-ph.HE
An emulator for the ionizing photon mean free path in ultra-high resolution simulations: the implications of mean free path measurements for the reionization history
University of Washington（华盛顿大学）；Arizona State University（亚利桑那州立大学）；University of California Riverside（加州大学河滨分校）
本文提出一个深度学习模拟器，用于预测电离光子平均自由程，通过高分辨率宇宙辐射传输模拟，结合再电离历史约束，发现再电离延迟且中性分数持续存在。
2026-07-01 astro-ph.CO
Constraining the reionization and thermal history of the Universe using a semi-numerical photon-conserving code SCRIPT
鉴于宇宙氢的再电离历史尚未受到严格限制，因此值得使用物理动机模型和可用的观测数据来检查这样做的前景。为此，我们使用了显式光子守恒再电离半数值模型的扩展版本$\texttt{SCRIPT}$，其中还包括星系际介质（IGM）的热演化。该模型结合了非均匀复合和辐射反馈自洽的影响，其特征在于由五个自由参数（两个红移依赖的电离效率，两个电离逃逸分数，和另一个再电离温度增量）。我们通过同时与各种观测探测器匹配来约束这些自由参数，例如，电离氢分数，CMB散射光学厚度和星系紫外光度函数的估计。此外，我们包括低密度IGM温度测量从莱曼$α$吸收光谱在$z \sim 5.5$，探针不常用于贝叶斯分析的再电离参数。我们发现，各种数据集的相互作用，特别是包括温度数据，导致收紧的参数约束。我们的默认模型更喜欢再电离的后期（在$z \lesssim 6$），与其他最近的研究一致。我们还可以推导出对再电离持续时间$Δz=1.81^{+0.51}_{-0.67}$和再电离中点$z_{\mathrm{mid}}=7.0^{+0.30}_{-0.40}$的约束。可以通过包括其他可用的和即将到来的数据集来进一步收紧限制。
2022-07-01 astro-ph.CO astro-ph.GA
Studying cosmic reionization with observations of the global 21-cm signal
我们探讨了21厘米信号的全球亮度温度的观测约束再电离历史和电离源的属性的能力。为了描述再电离信号，我们采用一个常用的玩具模型或结构形成模型，参数化的电离源的属性。如果结构形成模型捕获了再电离信号的实际演变，那么检测信号比玩具模型更容易;在这种情况下使用玩具模型也会导致重建再电离历史的系统误差，尽管足够灵敏的实验应该能够区分这两种模型。我们表明，在关于系统噪声和前景去除的乐观假设下，全球21厘米光谱的一年观测应该能够检测到广泛的现实模型，并测量再电离历史的主要特征，同时限制电离源的关键属性。
2012-05-07 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
Using Neural Emulators and Hamiltonian Monte Carlo to constrain the Epoch of Reionization's History with the Ly$α$ Forest Power Spectrum
University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；Max-Planck-Institut für Astrophysik（马克斯·普朗克天体物理学研究所）；The Ohio State University（俄亥俄州立大学）；Leiden University（莱顿大学）；University of Washington（华盛顿大学）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）
本研究利用神经模拟器和哈密顿蒙特卡洛方法，通过Lyα森林功率谱约束重离子化时期的史实，展示了高精度参数估计的潜力。
2025-09-16 astro-ph.CO
Reconstruction of Reionization History through Dispersion Measure of Fast Radio Bursts
本文利用快速射电暴（FRB）的色散测量（DM）研究了再电离时期电离分数$x_e(z)$的演化。与以往研究不同的是，本文考虑FRB星表中观测到的DMs的大规模聚集信息，只需要粗略的红移分布，而不需要每个FRB的精确红移信息。首先，我们考虑了$x_e(z)$的瞬时"\texttt{tanh}"模型，发现与仅从CMB数据比较时，包括关于具有100个$\rm pc/cm^3$的内在DM散射的$10^4$ FRB的mock目录的自相关信息，跨越所有天空的20\%，可以显著改善对模型的宽度$Δ_z$的约束。电离分数的演化形状将被紧紧地缩窄，即再电离时期的持续时间缩短，即$z_{\rm dur}<2.24$（95\%C. L.）此外，我们还利用另一个红移-非对称再电离模型，得到FRB模拟星表可以精确测量$z=6$的电离分数，其$1σ$误差为$Δx_e(z=6)=0.012$，这意味着FRB星表观测到的DM的大尺度聚类信息对再电离历元末的电离分数非常敏感。我们的结论是，高红移FRB的观测可以成为未来研究再电离历史的补充探针。
2021-04-19 astro-ph.CO
Cosmic Reionization History and Dark Matter Scenarios
我们进行了分析的宇宙再电离的标准冷暗物质（CDM）的范例和替代暗物质的情况下。在Corasaniti等人（2017）的工作基础上，我们预测了CDM的再电离历史，对于温暖的暗物质（WDM），晚期形成的暗物质（LFDM）和超轻轴子暗物质（ADM）模型，这些模型重现了在非常高的红移$6\le z\le 10$下星系光度函数的最新测量。为此，我们采用了一个再电离模型参数化的限制紫外星系的大小有助于再电离$M_{\rm lim}$和平均有效逃逸分数的紫外光子到达星系际介质$\tilde{f}$。对于每个DM模型，我们计算的红移演化的汤姆逊散射光学厚度$τ_e(z)$和共动电离分数$Q_{\rm HII}(z)$。我们发现不同的DM模型有相似的再电离历史。相对于CDM的情况下的差异增加在较弱的限制UV-幅度和退化的影响，改变再电离模型参数。使用普朗克的集成光学深度的测定结合测量的中性氢分数在不同的红移，我们推断的约束$\tilde{f}$和$M_{\rm lim}$。结果在很大程度上是独立的假设DM的情况下，特别是对于$M_{\rm lim}\gtrsim -13$，我们得到的有效逃逸分数位于范围$0.07\lesssim \tilde{f}\lesssim 0.15$在$2σ$。
2019-01-21 astro-ph.CO
Machine Learning Applied to the Reionization History of the Universe in the 21 cm Signal
再电离时代（EoR）的特点是第一个发光源和星系际介质（IGM）的低密度气体之间的丰富相互作用，来自这些来源的光子覆盖了IGM。目前，对与EoR相关的关键观测量的观测限制很少，例如再电离的中点和持续时间。虽然下一代射电干涉仪（如氢时代再电离阵列（HERA）和平方公里阵列（SKA））即将对21厘米功率谱进行的观测预计将很容易提供关于再电离中点的信息，但仅从功率谱中提取持续时间是一个更困难的命题。作为提取再电离信息的另一种方法，我们提出了卷积神经网络（CNN）的再电离图像的应用。这些图像在天空平面上是二维的，并在一系列红移值处提取，以生成“图像立方体”，这些图像立方体在质量上与HERA和SKA将在不久的将来生成的图像立方体相似。此外，我们还考虑了来自银河系的明亮前景信号对干涉仪图像立方体的影响，但不包括观测引起的噪声。我们表明，我们能够使用CNN将再电离$Δ$ z的持续时间恢复到5%以内，假设再电离的中点已经相对较好地受到约束。这些结果对于估算$τ$，即宇宙微波背景的光学厚度，具有令人兴奋的影响，它可以帮助约束其他宇宙学参数。
2019-08-05 astro-ph.CO
Late-end reionization with ATON-HE: towards constraints from Lyman-$α$ emitters observed with JWST
本研究利用含氦的GPU辐射转移代码ATON-HE开展晚期再电离模拟，发现基准再电离模型难以匹配JWST在高红移处探测到的大量莱曼α发射，需更早的再电离历史，且该结果与Planck的汤姆逊散射光学深度结果存在张力。
2024-09-10 astro-ph.CO astro-ph.GA
Joining bits and pieces of reionization history
普朗克的宇宙微波背景温度和偏振各向异性估计了比WMAP更低的再电离光学深度（$τ$）。再电离历史中的一个重要时期将落在$6<z< 10$内，在那里，哈勃前沿场计划对星系的探测和莱曼- $α$观测对星系间介质中中性氢的独立估计也是可用的。这种重叠允许宇宙再电离的分析，利用CMB和这些天体物理测量的直接组合，并可能打破描述再电离物理参数的简并。这是我们第一次通过假设光电离和复合速率是自由形式的，并通过允许基础宇宙学参数随普朗克2018年发布的CMB（温度和偏振各向异性和透镜）数据以及天体物理数据汇编而变化来重建再电离历史。我们发现低$\ell$普朗克2018 HFI偏振可能性和天体物理数据在确定综合光学深度方面非常一致。通过结合这两个数据，我们报告了一个最小的重建$τ=0.051^{+0.001+0.002}_{-0.0012-0.002}$在68\%和95\% CL，这是在目前的天体物理测量中引用的文献中的错误，是近两倍优于预计的宇宙方差限制CMB测量。对于再电离、红移间隔在10%和完全电离之间的时间段，我们得到了68%和95% CL的$2.9^{+0.12+0.29}_{-0.16-0.26}$，这比用Planck 2015数据得到的相应结果有明显的改进。通过对组合结果进行贝叶斯分析，我们没有发现单调再电离历史之外的证据，因此与最小替代方案相比，多阶段再电离方案是不受欢迎的。
2020-03-05 astro-ph.CO astro-ph.GA
What it takes to measure Reionization with Fast Radio Bursts
快速射电暴（FRB）是近年来发现的河外射电瞬变现象，是一种新型的宇宙学探测器。我们展示了如何突发的色散测量可以独立于模型探测氢再电离的历史。使用FlexKnot自由形式参数化来重建再电离历史，我们预测CMB光学深度的精度约束为11%，再电离中点的精度约束为4%，这将通过100个来自红移z>5的FRB来实现。
2022-03-23 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.IM
Direct reconstruction of the Reionization history from 21cm 2D Power Spectra
提出EoRFlow，一种基于模拟推断的框架，直接从21cm二维功率谱重建再电离历史，在SKA-Low模拟数据上验证，实现快速无偏的全球中性氢分数演化估计。
2025-10-08 astro-ph.CO physics.data-an
Joint QSO-CMB constraints on reionization history
在Mitra，Choudhury & Ferrara（2010）工作的基础上，通过将坍缩天体中每个重子进入IGM的光子数（N_{ion}（z））分解为主分量，我们从宇宙微波背景（CMB）和类星体吸收线数据中获得了与模型无关的再电离约束条件。本文的主要补充是，对于CMB数据集，我们在分析中明确地包括了TT、TE和EE模的角功率谱C_1，这似乎比把电子散射光学厚度tau_{el}作为单个数据点包含更多的信息。利用马尔可夫链蒙特卡罗方法，我们发现，所有的量有关的再电离可以严格限制在z < 6 whereas a broad range of reionization histories at z >6仍然是允许的，目前的数据集。根据WMAP 7的当前可用数据，我们将0.080 < tau_{el} < 0.112（95% CL）限制为，并且还得出结论，在9.0 < z（Q_{HII} = 0.5）< 11.8（95% CL）之间，再电离完成50%，在5.8 < z（Q_{HII} = 0.99）< 10.4（95% CL）之间，再电离完成99%。随着即将到来的关于大尺度极化的普朗克数据（忽略前景的影响），z > 6约束将得到相当大的改善，例如，tau_{el}的2 σ误差将减小到0.009，z（Q_{HII} = 0.5）和z（Q_{HII} =…
2011-09-26 astro-ph.CO
Patchy Kinetic Sunyaev-Zel'dovich Effect with Controlled Reionization History and Morphology
使用新的半数值代码的再电离琥珀色，我们模型的补丁动力学Sunyaev-Zel'dovich（kSZ）的影响，直接指定的再电离历史的红移中点$z_\mathrm{mid}$，持续时间$Δ_\mathrm{z}$，和不对称$A_\mathrm{z}$。通过最小晕质量$M_\mathrm{h}$和辐射平均自由程$λ_\mathrm{mfp}$进一步控制电离源和辐射。AMBER再现自由电子数密度和补丁kSZ功率谱的辐射流体动力学模拟在目标分辨率（$1\,{\rm Mpc}/h$）与匹配的再电离参数。利用一套使用AMBER的$(2\,{\rm Gpc}/h)^3$模拟，我们首先使用Planck 2018 Thomson光学深度结果（95\% CL）约束红移中点$6.0<z_{\rm mid}<8.9$。然后，假设$z_{\rm mid}=8$，我们发现，$D^{\rm pkSZ}_{\ell=3000}$的振幅与再电离$Δ_z$的持续时间成线性比例，并与从南极望远镜（SPT）的结果$1σ$上限$Δ_z<5.1$（$Δ_z$包围$5\%$ $95\%$电离）。此外，较短的$λ_{\rm mfp}$可导致$\sim 10\%$较低的$D^{\rm pkSZ}_{\ell=3000}$和$Δ_z-D^{\rm pkSZ}_{\ell=3000}$缩放关系中较平坦的斜率，从而影响在$\ell=300…
2022-03-08 astro-ph.CO astro-ph.GA
Effect of the Early Reionization on the Cosmic Microwave Background and Cosmological Parameter Estimates
早期再电离（ERE）被认为是发生在复合之后，但在第一代恒星引起的瞬时再电离之前的一个物理过程。研究了大尺度电离辐射对宇宙微波背景（CMB）的温度谱和偏振谱的影响，并采用主成分分析（PCA）方法对大尺度电离辐射过程中的电离历史进行了模型独立重建。此外，我们还讨论了ERE对宇宙学参数估计的影响，发现在目前实验的灵敏度范围内，ERE对张量标量比$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
On dark matter - dark radiation interaction and cosmic reionization
对于我们宇宙的暗区，一个有趣的可能性是暗物质粒子可能与暗辐射成分相互作用。如果暗物质和暗辐射物质与标准模型粒子之间的非引力相互作用被高度抑制，那么天体物理学和宇宙学可能是我们探索这种暗区动力学的唯一窗口。众所周知，这样的暗扇区将导致小尺度结构的抑制，这将受到莱曼- $α$森林的测量的限制。在这项工作中，我们认为这样的黑暗部门对我们的宇宙再电离历史的宇宙学签名。在“ETHOS”（有效结构形成理论）框架下，我们证明了如果我们的宇宙中存在这样一个暗区，低质量暗物质晕的抑制也会减少电离光子的总数，从而影响我们宇宙的再电离历史。我们放置在这样的黑暗部门的相互作用强度的限制，通过使用普朗克卫星的光学深度的测量值，以及从要求一个成功的再电离的历史。我们比较和对比这种情况下，温暖的暗物质的情况下，也抑制小尺度上的结构形成。在一个暗物质与无菌中微子相互作用的模型中，我们发现ETHOS参数$a_4\lesssim 1.2\times10^6\textrm{ Mpc}^{-1}$有一个界限。对于温暖的暗物质模型，我们约束的质量$m_{\textrm{WDM}}\gtrsim 0.7\textrm{ keV}$，这是从莱曼- $α$测量得到的界限。未来的21厘米实验将测量再电离和中性氢功率谱的全球历史，这可能导致更强的约束或发现秘密的暗区相互作用。
2018-08-22 astro-ph.CO hep-ph
Reionization of the Milky Way, M31, and their satellites I: reionization history and star formation
对银河系（MW）、M31及其附近的本星系群（LG）的观测可以提供有关再电离源的线索。我们提出了一套辐射转移模拟的基础上提供的约束本地UniversE模拟（CLUES）项目，旨在重建本地宇宙，包括一个现实的MW-M31对和附近的室女座的初始条件。我们的盒子大小（91兆秒差距）是足够大的，以纳入电离光子的LG的相关来源。我们采用了一系列的源模型，模仿辐射反馈之间的暗物质晕$10^{8}-10^{9}$ M $_{\odot}$的潜在影响。虽然LG主要是以由内而外的方式再电离，但其电离的最后40%显示出一些外部影响。对于LG卫星，我们没有发现证据表明它们的再电离红移与卫星的现今质量或与中央星系的距离有关。我们发现，不到20%的MW和M31卫星在全球再电离结束之前经历了任何恒星形成。这些卫星中大约有5%可以归类为化石，这意味着大多数恒星形成都发生在这些早期。更大质量的卫星在全球再电离结束之前有更多的累积恒星形成，但分散是显着的，特别是在低质量端。现今的质量和与中央星系的距离对于卫星星系中是否存在古老的恒星星族是很难预测的。
2017-03-17 astro-ph.CO astro-ph.GA
Constraining reionization using 21 cm observations in combination with CMB and Lyman-alpha forest data
在本文中，我们将探讨由莱曼α森林和CMB目前的观测提供的再电离历史的约束。而不是使用一个特定的半解析模型，我们采取的新方法参数化的电离源与任意函数，并进行似然分析，以约束可能的再电离的历史。我们发现模型独立的结论，再电离很可能是大部分完成的z=8和IGM是50%电离在z=9-10。即将到来的红移21厘米中性氢谱线的低频观测预计将对6<z<12的氢中性部分进行更好的约束。我们使用我们的再电离的历史上的约束来预测可能的振幅的21厘米功率谱，并表明，最高的信噪比的意见将最有可能在频率对应于z=9-10。这一结果为即将进行的21 cm观测提供了重要指导。最后，我们评估的影响，中性分数的测量将对我们的知识的再电离和早期源人口。我们的研究结果表明，一个单一的测量中性分数中途通过再电离时代将显着提高我们的知识，整个再电离的历史。
2009-08-26 astro-ph.CO
Constraining the Reionization History using Bayesian Normalizing Flows
Romanian Institute of Science and Technology（罗马尼亚科学技术研究院）
下一代21厘米巡天为宇宙结构形成的早期阶段打开了一扇新窗口，并提供了关于再电离时代（EoR）的新见解。然而，21厘米信号的非高斯性质以及这些调查产生的大量数据将需要更先进的技术，能够有效地提取必要的信息来约束宇宙的再电离历史。在本文中，我们提出了使用贝叶斯神经网络（BNNs）预测后验分布的四个天体物理学和宇宙学参数。除了实现最先进的预测性能，所提出的方法提供了准确的估计参数的不确定性和推断它们之间的相关性。此外，我们证明了归一化流（NF）与BNN相结合的优势，能够模拟更复杂的输出分布，从而捕获关键信息作为天体物理和宇宙学数据集的参数条件密度分布中的非高斯性。最后，我们提出了一种新的校准方法，在训练后使用归一化流来产生可靠的预测，并且我们证明了这种方法在计算成本和预测性能方面的优势。
2020-05-14 astro-ph.CO cs.LG
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 features in inflaton potential and reionization history with future CMB space observations
我们认为，在未来的宇宙微波背景（CMB）偏振测量的原始功率谱的探测功能的前景。在暴胀情形的范围内，光谱中的这些特征可以由暴胀子势中的局部非光滑部分（一般是光滑的和准平坦的）产生，而这些局部非光滑部分又可能源于与暴胀子相互作用的其他量子场在暴胀期间的快速相变。它们可以拟合CMB温度功率谱中的一些异常值，这些异常值在标准的暴胀${\mathrmΛ}$ CDM模型中没有得到解决。我们认为Wiggly Whipped Inflation（WWI）是一个理论框架，与标准的暴胀模型相比，它改善了普朗克2015年温度和极化数据的拟合，尽管没有达到统计学显著水平。我们表明，在第一次世界大战模型的潜力的某些类型的功能，导致振荡的原始功率谱，扩展到中等和小尺度可以约束高置信度（在3 $σ$或更高的置信水平）的仪器作为宇宙起源探测器（CORE）。为了研究暴胀特征和再电离时代的足迹之间可能的混淆，我们考虑了一个扩展的再电离历史，随着红移的减少，自由电子单调增加。我们讨论了目前的限制，这个模型的扩展再电离和未来的预测与核心。我们还预测，在何种程度上，这种扩展的再电离可以在识别数据中的暴胀特征时造成混乱。
2018-04-04 astro-ph.CO
Constraining the reionization history using deep learning from 21cm tomography with the Square Kilometre Array
SKA 1-LOW望远镜即将进行的21厘米巡天将使早期宇宙中宇宙尺度上的中性氢分布成像成为可能。这些调查预计将产生巨大的成像数据集，将编码比功率谱更多的信息。这提供了另一种独特的方式来约束再电离历史，这可能会打破功率谱分析中的简并性。使用卷积神经网络（CNN），我们从我们的大型半数值模拟产生的21 cm图中创建了一个中性分数的快速估计器。我们的估计是能够有效地恢复中性分数（$x_{\rm HI}$）在几个红移的高精度为99\%的决定系数$R^{2}$量化。从SKA设计中加入仪器效应稍微增加了损失函数，但尽管如此，我们仍然能够以98%的类似高精度恢复中性分数，这仅减少1%.While弱依赖于红移被观察到，随着中性分数的减少，精度迅速增加。这是由于仪器噪声在宇宙高度中性的情况下向高红移方向增加。我们的研究结果表明，直接使用21厘米层析成像的承诺，以约束再电离的历史模型独立的方式，补充类似的努力，如从宇宙微波背景（CMB）观测的光学深度测量{ \it普朗克}。
2020-04-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
Complete history of the observable 21-cm signal from the first stars during the pre-reionization era
我们提出了第一个完整的计算历史的不均匀的21厘米信号从中性氢在时代的第一颗恒星。我们使用混合计算的方法来捕获的第一批恒星，其辐射耦合到中性氢发射的大尺度分布，并评估从z ~ 15-35的21厘米的信号。在我们的现实图片中，21厘米信号的大尺度波动来源于不均匀的密度场和Ly-alpha和X射线辐射背景。恒星的形成受到两种空间变化效应的抑制：莱曼-沃纳辐射背景提供的负反馈，以及气体和暗物质之间的超音速相对速度。我们的结论是非常有希望的：我们发现，在z ~ 25处的21 cm信号中的不均匀Ly-alpha背景所留下的波动应该可以用平方公里阵列检测到。
2013-06-10 astro-ph.CO
Probing the thermal history during reionization using a semi-numerical photon-conserving code SCRIPT
星系际介质（IGM）在再电离时期的电离和热状态一直是最近的兴趣，因为它们与第一批恒星的密切联系。我们在本文中提出了一个半数值代码，计算大规模的温度和电离氢场在宇宙学上的代表性体积占补丁在这些数量所产生的再电离。该代码是对先前开发的用于研究电离区域生长的版本的扩展，即光子守恒的再电离半数值代码（Semi Numerical Code for Reionization with Photon Conservation，缩写为WNTT）。在本版本中的主要补充是非均匀重组，这是必不可少的温度计算。这种扩展版本的RECT还实现了再电离期间光加热的物理后果，例如，辐射反馈这些增强功能使我们能够预测早期版本不可行的观测值。其中包括星系的紫外光度函数的暗端（这可能受到辐射反馈的影响）和低密度IGM在$z\sim 6$的温度-密度关系。我们研究了不同的自由参数和处方我们的模型上的各种可观的效果。我们的分析的结论是，它应该是可能的，把约束的IGM的热和电离状态的演化使用现有的观测占所有可能的变化的自由参数。参数空间的详细探索将在未来进行。
2022-01-25 astro-ph.CO astro-ph.GA
Signature of the interaction between dark sectors in the reionization process
我们考虑了暗物质与暗能量相互作用的宇宙学模型中的再电离过程。使用半解析再电离模型，我们计算的电离分数的空间平均和线性扰动方面的演变。我们发现，某些类型的相互作用之间的暗物质和暗能量可以显着影响再电离的历史。我们计算的21厘米的信号的相互作用模型，并比较结果与预测的${\rm ΛCDM}$模型。
2019-01-07 astro-ph.CO gr-qc
RELIKE: Reionization Effective Likelihood from Planck 2018 Data
我们发布了RELIKE（再电离有效似然），这是一种基于最新普朗克2018数据的快速准确的有效似然代码，允许使用CMB再电离主成分（PC）的五个约束条件来约束$6 < z < 30$之间的任何再电离模型。我们在两个示例模型上测试了代码，这些模型与使用简单高斯PC似然或其全核密度估计的精确普朗克似然采样非常一致。该代码使一个快速和一致的手段结合普朗克约束与其他再电离数据集，如动力学Sunyaev-Zeldovich效应，线强度映射，光度函数，恒星形成历史，类星体光谱等，其中红移依赖的电离历史是重要的。由于PC技术测试在给定范围内的任何再电离历史，我们也得到了模型无关的约束的总汤姆逊光学深度$τ_{\rm PC} = 0.0619^{+0.0056}_{-0.0068}$和它的$15\le z \le 30$高红移分量$τ_{\rm PC}(15, 30) < 0.020 $（95\%C. L.）。高红移光学深度的上限是$\sim3$的一个因子，大于普朗克2018年宇宙学参数论文中使用FlexKnot方法报告的值，我们通过直接分析两步模型来验证我们的结果，该模型允许这种小的高$z$分量。
2021-04-28 astro-ph.CO astro-ph.GA
Cosmic Reionization Study : Principle Component Analysis After Planck
再电离历史的研究对于理解宇宙的演化有着重要的作用。一般认为，我们宇宙中的星系际介质（IGM）今天是完全电离的，但再电离过程仍然是神秘的。现代宇宙学通常采用简单的瞬时再电离过程，没有直接的观测证据。然而，电离分数的历史，$x_e(z)$将影响宇宙微波背景（CMB）观测和光学厚度$τ$的约束。利用基于特征再电离模型的模拟未来数据集，我们发现瞬时模型引入的对$τ$的偏差是不可忽略的。本文用主成分分析（PCA）方法研究了宇宙再电离的历史，并结合银河巡天和Ia型超新星（SN）Union 2.1样品的重子声学振荡（BAO），利用Planck、WMAP 9年温度谱和偏振功率谱数据，重建了不同红移$z$下的$x_e (z)$。结果表明，重建的$x_e(z)$与瞬时行为一致，但在某些时刻与瞬时行为略有偏差。通过PCA方法，在抛弃噪声模式后，我们得到了更强的约束，并且特征$x_e(z)$演化的提示可以变得更明显。
2015-12-23 astro-ph.CO
Reionization and CMB non-Gaussianity
我们展示了如何互相关的高红移外部示踪领域，如21厘米中性氢分布和产品涉及宇宙微波背景（CMB）的温度和极化领域的地图，探针混合双谱涉及这些领域，可以帮助确定宇宙的再电离历史，超越可以实现互谱分析。从最近的原始非高斯检测研究（Munshi & Heavens 2010）中获得线索，我们开发了一组估计器，可以使用与双谱（或斜谱）相关的功率谱来研究再电离。我们使用这种方法中固有的匹配滤波来研究不同的再电离历史。我们检查到什么程度，他们可以用来排除各种型号的再电离和研究交叉污染从不同的来源，如CMB的透镜。估计器可以被微调以优化特定再电离历史的研究。在我们的研究中，我们考虑了三种不同类型的示踪剂，即：原星系;中性氢的21厘米地图;类星体。我们还考虑了四种可供选择的再电离模型。我们发现，在宇宙方差受限的全天实验中，在$\ell_{max}=2000$上探测的累积信噪比（S/N）可以达到$\mathcal{O}(70)$。结合普朗克实验的100 GHz、143 GHz和217 GHz通道，我们发现（S/N）在$\mathcal{O}(5)-\mathcal{O}(35)$范围内。S/N取决于示踪剂场的具体选择，多个示踪剂可以有效地用于绘制具有合理S/N的整个再电离历史。弱透镜的污染被调查，发现是可以忽略不计的，和汤姆逊散射的影响斑片状再电离也被认为是。
2014-06-04 astro-ph.CO
Analytical Models of the Intergalactic Medium and Reionization
再电离是宇宙中的氢（和氦）被来自第一光源的辐射电离的过程。从理论上讲，再电离的重要性在于它与第一宇宙结构的形成密切相关，因此在模拟这一过程方面付出了相当大的努力。我们给出了一个教学概述不同的分析方法用于建模再电离。我们还讨论了不同的意见有关的再电离，并展示了如何使用它们来约束再电离的历史。
2009-04-29 astro-ph.CO
Consistency test of the fine-structure constant from the whole ionization history
在宇宙学中，精细结构常数可以影响整个电离历史。然而，以前的工作局限于复合时代，并给出了各种强约束的精细结构常数。在本文中，我们还考虑了再电离时期，并从整个电离历史中对精细结构常数进行了一致性检验。从普朗克2018年的数据组合，BAO数据，SNIa样品，来自UV和IR测量的SFR密度，以及$Q_\text{HII}$约束，我们发现复合时期的精细结构常数的约束是$α_{\text{rec}}/α_{\text{EM}}=1.001494^{+0.002041}_{-0.002063}$，再电离时期的对应物是68 $\%$ C. L.处的$α_{\text{rei}}/α_{\text{EM}}=0.854034^{+0.031678}_{-0.027209}$。通过$4.64σ$，它们彼此不一致。对这种差异的保守解释是，我们使用的数据中存在一些问题。我们倾向于对重建再电离历史过程中涉及的一些重要参数进行校准。
2022-10-02 astro-ph.CO
Future Constraints on the Reionization History and the Ionizing Sources from Gamma-ray Burst Afterglows
我们预测的再电离的历史约束，推断从莱曼α阻尼翼吸收功能，为未来的样本$\sim 20$ $z \geq 6$伽马射线暴（GRB）余辉。我们描述了每个余辉光谱的三参数模型。首先，L表征了GRB宿主晕周围电离区域的大小（“气泡大小”）。第二，$\langle{x_{\rm HI}\rangle}$是伽玛暴周围电离泡外部的体积平均中性分数，其近似为空间均匀的。最后，$N_{\mathrm{HI}}$表示与GRB宿主星系相关的局部阻尼莱曼α吸收体（DLA）的柱密度。电离区域的尺寸分布是从再电离的数值模拟中提取的，并且在再电离时期（EoR）强烈地演变。模型DLA柱密度遵循从当前GRB余辉谱确定的经验分布。我们使用Fisher矩阵形式主义预测的$\langle{x_{\rm HI}(z)\rangle}$的限制，可以从后续的余辉光谱与SNR = 20每R=3,000分辨率的元素在连续。我们发现，中性部分可以确定优于10-15\%（1- $σ$）的准确度，从这个数据跨越多个独立的红移箱在$z \sim 6-10$，跨越大部分的EoR，虽然精度下降了一些接近年底的再电离。在$z \geq 6$用$80$伽玛暴余辉进行更有前途的巡天，可以将这里的精度提高一个因子$2$，并将测量范围扩大到$z \sim 14$。我们进一步讨论了如何将这些约束条件与电离光子逃逸分数的估计相结合，从DLA柱密度分布对伽玛…
2021-05-05 astro-ph.CO astro-ph.GA
Probing the Reionization History and Bubble Sizes with JWST Lyman-$α$ Fraction Measurements
University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）；Northwestern University（西北大学）
本研究利用JWST的Ly-α分数测量，结合THESAN模拟和半解析模型，约束再电离历史与电离泡尺寸，得出z~7-11处中性氢分数界限，验证了模型与观测的一致性。
2026-10-01 astro-ph.CO astro-ph.GA
Reionization history constraints from neural network based predictions of high-redshift quasar continua
早期宇宙的观测表明，再电离是由$z\sim6$完成的，然而，这个过程的确切历史仍然是未知的。测量中性部分在这一时期演化的一种方法是通过观测高红移类星体的Ly $α$阻尼翼。为了限制类星体观测中的中性部分，我们需要一个精确的Ly $α$周围类星体光谱模型，在光谱被其宿主星系处理之后，但在它被中间IGM的吸收和阻尼改变之前。在本文中，我们提出了一种新的机器学习方法，使用人工神经网络，重建类星体连续体周围的Ly $α$。我们的QSANNdRA算法改善了这种重建的错误相比，最先进的PCA为基础的模型在文献中平均14.2%，并提供了6.1%的改善，平均相比，其扩展。与扩展的PCA模型相比，QSANNdRA进一步实现了22.1%和16.8%的改善时，最相似的两个高红移类星体的研究中，ULAS J1120+0641在$z=7.0851$和ULAS J1342+0928在$z=7.5413$的低红移类星体进行评估。使用我们更精确的重建这两个$z>7$类星体，我们估计中性分数的IGM使用均匀再电离模型，并发现$\bar{x}_\mathrm{HI} = 0.25^{+0.05}_{-0.05}$在$z=7.0851$和$\bar{x}_\mathrm{HI} = 0.60^{+0.11}_{-0.11}$在$z=7.5413$。我们的结果与文献一致，有利于快速结束再电离。
2020-05-17 astro-ph.CO astro-ph.GA
What can we learn about Reionization astrophysical parameters using Gaussian Process Regression?
Centre for Theoretical Physics, Jamia Millia Islamia（理论物理中心，Jamia Millia Islamia大学）；Physics and Applied Mathematics Unit, Indian Statistical Institute（印度统计研究所物理与应用数学单元）；Institute of Physics, Bhubaneswar（物理研究所，Bhubaneswar）
本文利用高斯过程回归方法研究再电离期间天体物理参数，通过MCMC分析和联合参数估计提高推断可靠性。
2025-11-29 astro-ph.CO astro-ph.IM cs.LG
Reionization constraints on primordial magnetic fields
研究了原初磁场引起的额外密度涨落对红移范围内再电离历史的影响：$6 < z < 10$。我们进行了一个全面的MCMC物理分析，允许原始磁场（强度，$B_0$，功率谱指数$n_{\scriptscriptstyle \rm B}$），再电离，和$Λ$ CDM宇宙学模型相关的参数的变化。我们发现，磁场强度范围：$B_0 \simeq 0.05{-}0.3$ nG（近无标度功率谱）可以显着改变再电离历史在上述红移范围内，可以缓解之间的紧张关系WMAP和类星体的吸收光谱数据。我们的分析对磁场强度$B_0 < 0.358, 0.120, 0.059$ nG（95% c.l.）对于$n_{\scriptscriptstyle \rm B} = -2.95, -2.9, -2.85$。这些代表了其他宇宙学观测中最强的磁场约束。
2015-05-11 astro-ph.CO
Efficient exploration of reionization parameters for the upcoming 21 cm observations using a photon conserving semi-numerical model SCRIPT
中性氢21厘米发射涨落的功率谱是研究宇宙再电离历史的最有希望的探测器之一。相应的分析需要计算效率的再电离建模，通常通过半数值模拟实现。我们调查的能力，这样的半数值代码，CNOT，约束的再电离参数。我们的研究涉及创建一个模拟数据集对应于即将到来的SKA-Low，其次是一个贝叶斯推断方法来约束模型参数。特别是，我们详细探讨了推断的参数是否是无偏的，相对于用于模拟的输入，如果推论是不敏感的模拟的分辨率。我们发现，该模式在两个方面都是成功的。我们还开发了一个简单的再电离模板模型，它可以模拟复杂的物理过程，如非均匀重组和辐射反馈，并表明它可以恢复全球再电离历史可靠的适度的计算成本。然而，这种简单的模型是不适合约束的电离源的属性。我们的研究结果是相关的约束再电离使用高质量的数据，预计在未来的望远镜。
2023-03-14 astro-ph.CO
The Dark Ages of the Universe and Hydrogen Reionization
宇宙历史上的里程碑之一是第一个发光物体的形成和氢的再电离。宇宙结构形成的标准理论预测，第一代恒星在大爆炸后大约几亿年诞生。然后，黑暗的宇宙再次被点亮，最终充满了从恒星、星系和类星体发出的紫外光子。宇宙再电离的确切时期和过程的细节，甚至主要来源，除了宇宙早期被再电离的事实外，还不知道。再电离的特征预计会在宇宙微波背景辐射中留下印记，特别是在它的大尺度极化中。未来的CMB实验，连同其他探测器，如21厘米的调查，将提供丰富的信息，再电离过程。我们回顾了最近关于再电离的研究。从现有的观测在很宽的波长范围内的影响进行了讨论。最先进的计算机模拟的结果。最后，我们讨论了探索宇宙历史最初几亿年的前景。
2014-04-28 astro-ph.CO
Beyond optical depth: Future determination of ionization history from the CMB
我们探索的基本限制，再电离的历史可以约束只使用大尺度宇宙微波背景（CMB）各向异性测量。分数电离$x_e(z)$的红移分布影响CMB偏振的角分布。我们项目的约束宇宙再电离的历史，使用低噪声的全天空温度和E-模式测量的CMB。我们发现，测量的TE功率谱，$\hat C_\ell^\mathrm{TE}$，大约有四分之一的约束力的$\hat C_\ell^\mathrm{EE}$上的再电离光学深度$τ$，它的增加提高了20%以上，仅使用$\hat C_\ell^\mathrm{EE}$的$τ$的精度。我们还使用了一个两步再电离模型与一个额外的高红移步骤，参数化的早期电离分数$x_e^\mathrm{min}$，并在$z_\mathrm{re}$后期再电离步骤。我们发现，未来的高信号噪声测量的多极$10\leqslant\ell<20$是特别重要的打破之间的简并$x_e^\mathrm{min}$和$z_\mathrm{re}$。此外，我们表明，这些参数的不确定性，确定从地图与灵敏度$10\,\mathrm{μK\,arcmin}$小于5%，大于在无噪声的情况下的不确定性，使这种噪声水平的自然目标，为未来的大天空面积E模式测量。
2020-01-30 astro-ph.CO
Emergence of the Temperature-Density Relation in the Low-Density Intergalactic Medium
本文基于Cosmic Reionization on Computers项目模拟，发现低密度星系际介质中温度-密度关系的演化及涌现主要由体积加权中性分数普适控制，与具体再电离历史无关。
2024-08-22 astro-ph.CO
Learning Reionization History from Quasars with Simulation-Based Inference
本文提出用基于模拟的推断（SBI）方法从高红移类星体光谱的阻尼翼信号中精确推断宇宙中性分数和翼位置，成功打破参数简并，优于传统伪似然方法，有望稳健重建宇宙再电离历史。
2023-11-27 astro-ph.CO
Early star-forming galaxies and the reionization of the Universe
形成恒星的星系是宇宙历史的宝贵线索。哈勃太空望远镜最近的观测进展导致了对最早的已知星系的发现和研究，这些星系对应于宇宙只有~ 8亿年历史的时期。来自这些早期星系的强烈紫外线辐射可能引发了宇宙历史上的一个重大事件：星系际氢的再电离。正在开发新技术来了解这些最遥远星系的特性，并确定它们对宇宙演化的影响。
2010-11-02 astro-ph.CO
Quantitative Constraints on the Reionization History from the IGM Damping Wing Signature in Two Quasars at z > 7
在再电离过程中，星系际介质（IGM）中的中性氢在高红移类星体的光谱上留下了阻尼翼吸收特征的印记。对这个特征的探测为一个显著中性的宇宙提供了令人信服的证据，并使在那个时期测量氢中性部分$x_{\rm HI}(z)$成为可能。然而，从这种技术获得可靠的定量约束，是具有挑战性的，由于随机性引起的补丁内-外拓扑结构的再电离，退化类星体的寿命，和未知的未吸收类星体光谱接近休息帧Ly $α$。通过对高红移宇宙的高分辨率流体动力学模拟，将再电离拓扑的大体积半数值模拟与一维辐射转移相结合，建立了类星体再电离过程中的透射谱模型。我们最先进的方法捕捉到了在偏置类星体晕中阻尼翼强度的分布，这些偏置类星体晕应该在更早的时候被再电离，以及类星体环境中由其自身电离辐射引起的中性气体的侵蚀。结合这个详细的模型与我们的新技术预测类星体的连续性及其相关的不确定性，我们引入了贝叶斯统计方法来共同约束中性的宇宙和类星体的寿命从个人类星体光谱的分数。我们将这种方法应用于已知的两个最高红移类星体ULAS J1120+0641和ULAS J1342+0928的光谱，并测量了体积平均中性分数$\langle x_{\rm HI} \rangle(z=7.09)=0.48^{+0.26}_{-0.26}$和$\langle x_{\rm HI} \rangle(z=7.54)=0.60^{+0.20}_{-0.23}$（后中位数…
2018-02-16 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
