The visibility of Lyman Alpha Emitters during reionization
我们提出了第一个莱曼阿尔法Ehrman（LAE）的研究，结合：（一）宇宙SPH模拟运行使用GADGET-2，（二）辐射转移模拟（CRASH），和（iii）以前开发的LAE模型。这个完整的LAE模型占的内在LAE莱曼阿尔法/连续光度，尘埃富集和莱曼阿尔法传输通过星系际介质（IGM），量化的影响，再电离，尘埃和速度场的莱曼阿尔法和紫外光度函数（LF）。我们发现，一个模型忽略灰尘严重未能再现所观察到的莱曼阿尔法和紫外线LF的斜率或幅度。为了同时拟合观测到的UV和Lyman α LF，需要用成团尘埃来拟合，使得Lyman α到连续光谱的固有亮度被增强了f_α/f_c ~ 1.5（3.7），不包括（包括）特殊速度。包括速度场的较高值出现，因为LAE驻留在大的势阱中，并且流入减少了它们的莱曼α透射。这是第一次发现IGM的电离态和高红移星系内尘埃的聚集之间存在简并。在z ~ 5.7处的Lyman Alpha LF可以很好地被IGM平均中性氢分数范围（3.4/10^3 ~ 0.16）所重现（误差在5 sigma以内），前提是通过更电离的IGM的Lyman Alpha透射率的增加被来自星系的Lyman Alpha逃逸分数的减少所补偿，因为尘埃吸收。LAEs的物理特性，以及所采用的假设的讨论。
2010-02-04 astro-ph.CO
Helium Reionization Simulations. III. The Helium Lyman-$α$ Forest
在La Plante等人（2017）中，我们提出了一套新的流体动力学模拟，旨在准确捕获氦II再电离过程。在本文中，我们讨论的观测签名中存在的He II Ly $α$森林。我们表明，有效的光学深度的体积$τ_\mathrm{eff}$是不足以捕捉氦II的电离态，由于大的变化固有的视线。然而，氦II通量PDF可以用来确定氦II再电离的时间。一维通量功率谱的幅值也可以确定氦II的电离态。我们表明，即使目前有限的观测数量（$\sim$ 50视线），通量PDF的测量可以产生有关氦II再电离的信息。此外，使用一维功率谱的测量可以提供再电离的时间以及电离辐射源的相对偏差的明确指示。
2017-10-09 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
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
Lyman Alpha Emitter Evolution in the Reionization Epoch
将宇宙学SPH模拟与先前发展的Lyman α产生/传输模型和早期再电离模型（ERM，再电离终止于红移z~7）相结合，我们得到了红移在5.7 ~ 7.6之间的Lyman α发射体（LAEs）的Lyman α和UV光度函数（LF）。将模型结果与z~5.7处的观测结果相匹配，需要莱曼α的逃逸分数f_alpha=0.3，以及UV（非电离）连续光子的逃逸分数f_c=0.22，对应于色过量E（B-V）=0.15。我们发现：（i）f_c随着星系平均尘埃含量的减少而向高红移方向增加;（ii）f_alpha/f_c的演化表明，随着红移的减少，ISM中的尘埃含量逐渐变得不均匀或成团。在初始再电离阶段，集群光电离助推是重要的，但对高电离IGM的莱曼α LF影响不大。晕（恒星）质量范围为10.0 < \log M_h < 11.8（8.1 < \log M_* < 10.4），M_h \propto M_*^{0.64}。恒星的形成速率在每年3-120个太阳质量之间，所有红移的质量加权平均年龄都大于2000万年，而平均恒星金属量从Z=0.12增加到0.22太阳金属量从z~7.6增加到z~5.7;年龄和金属量都与恒星质量呈正相关。最明亮的LAE都具有大的恒星形成率和中等年龄（~ 2亿年）的特征，而Lyman Alpha LF暗端的天体显示出大的年龄和恒星形成率。在没有更多的自由参数的情况下，Lai等（200…
2009-11-02 astro-ph.CO
Efficient Modelling of Lyman-α opacity fluctuations during late reionization epoch
Max-Planck-Institut für Astronomie（马克斯·普朗克天文学研究所）；Indian Institute of Technology Indore（印度理工学院印多尔分校）
本研究通过高效建模方法，利用半数值模型和观测数据，探讨了晚期再电离时期Lyman-α不透明度波动的参数约束与物理特性。
2025-10-28 astro-ph.CO
Constraining the second half of reionization with the Lyman-$β$ forest
我们提出了一个分析的演变莱曼系列森林到时代的再电离宇宙学辐射转移模拟的情况下，再电离结束晚。我们探讨模型与不同的中点的再电离和气体温度。我们发现，一旦模拟已被校准，以匹配观测到的莱曼- $α$森林在$4 < z < 6$的平均通量，他们也自然地再现分布的有效光学深度的莱曼- $β$森林在这个红移范围。我们注意到，最难匹配的最大光学深度的尾部对应于ULAS J 0148 +0600的长吸收谷，我们之前在模拟中已经证明了这一点。我们认为，莱曼系列森林的发展到更高的红移，并表明，未来的观测莱曼- $β$森林在$z>6$将区分不同的再电离历史。Lyman- $α$和Lyman- $γ$森林的演化作为将再电离研究推向更高红移的工具，分别由于更强的饱和度和前景污染而不太有希望。
2020-06-29 astro-ph.CO astro-ph.GA
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 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
The distribution of Lyman-limit absorption systems during and after reionization
莱曼极限吸收系统在宇宙学再电离过程中和再电离之后可以发挥许多重要作用。不幸的是，由于所需的动态范围过大，不可能自洽地将这些系统包括在宇宙学模拟中。使用快速和多功能的半数值模拟，我们系统地探索吸收系统的空间分布期间和之后的再电离。我们自我校准的平均自由程（MFP）的电离紫外线背景（UVB）的吸收剂的数量，并在一个给定的MFP和中性氢分数目前的结果。我们使用一个简单的光学深度准则来确定吸收体的位置。我们的方法是相当强大的不确定性，如丢失的子网格结构。与在较低的红移，其中的UVB是相对均匀的，在较高的红移中的UVB和HII形态的再电离的波动可以驱动的大规模分布的吸收系统。具体来说，我们发现，吸收剂是高度相关的密度场在小尺度上，然后成为反相关的UVB在大尺度上。再电离后，吸收剂的大尺度功率谱跟踪UVB功率谱，这可以预测与一个简单的分析扩展的晕模型。在再电离过程中，吸收体倾向于优先位于最近电离的星系际介质（IGM）的超密度（即细丝）内。在再电离期间和之后，吸收体也可以主导小尺度（k > 1/Mpc）21-cm功率。相反，它们在中等尺度上平滑对比度。一旦HII区域增长到超过mfp，吸收器增加到大规模的21厘米功率。我们的研究结果应被证明是有用的，在解释未来的观测再电离时代。
2010-07-30 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
Emission-Line Galaxies from the Hubble Space Telescope Probing Evolution and Reionization Spectroscopically (PEARS) Grism Survey. II: The Complete Sample
我们提出了一个全面的分析，探测演化和再电离光谱（PEARS）slitess棱镜光谱数据与高级相机的调查HST。PEARS涵盖了大天文台起源深度巡天（GOODS）南北两个领域，使其成为星系随机巡天的理想选择，以及各种辅助观测的可用性，以支持光谱结果。使用PEARS数据，我们能够识别红移量0< z<1.5的恒星形成星系。PEARS调查中的恒星形成区域是独立于宿主星系的。这种方法使我们能够检测到一个星系内的多个发射线区域（ELR）的存在。在PEARS样本的~906个星系中，已经发现了1162 Ha、[OIII]和/或[OII]发射线，其极限通量为~ 1 e-18 erg/s/cm ^2。ELR也与宿主星系的性质进行了比较，包括形态，光度和质量。从这个分析中，我们发现了三个关键的结果：1）计算的线光度显示了随着红移增加光度函数变平的证据; 2）恒星形成系统显示了扰动形态的证据，恒星形成主要发生在一个有效（半光）半径内。3）在z<0.5时，M * > 1 e9} Msun的成星星系数密度比0.5<z<0.9时的成星星系数密度减少了一个数量级，支持星系缩小的论点。
2013-06-12 astro-ph.CO astro-ph.GA
Impact of inhomogeneous reionization on the Lyman-α forest
在高红移处的\lya森林是再电离的一个强有力的探测器。建模和观察这种印记带来了重大的技术挑战：必须考虑到不均匀的再电离，同时能够在再电离之前解决网状小尺度结构。在这项工作中，我们量化的非均匀再电离的影响\lya森林在较低的红移（$2 < z < 4$），即将到来的调查，如DESI将使通量功率谱的精确测量。我们使用两个小盒子模拟能够处理的\lya森林和半数值大盒子模拟的小尺度结构能够代表非均匀再电离的影响。我们发现，不均匀的再电离可以产生可测量的影响\lya森林功率谱。$z_{\rm obs} = 4$和$k = 0.14 \ \rm{Mpc}^{-1}$的3D功率谱的偏差范围为$19 - 36\%$，对后期再电离的影响更大。通过$z_{\rm obs} = 2$，校正减小到$2.0 - 4.1\%$。对1D功率谱的影响较小，范围从$z_{\rm obs}=4$处的$3.3 - 6.5\%$到$z_{\rm obs}=2$处的$0.35 - 0.75\%$，这些值与当前和即将进行的调查中的统计不确定性相当。此外，我们研究如何可以这个系统的约束与21厘米功率谱的四极的帮助。
2019-05-20 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
Probing Reionization with Quasar Spectra: the Impact of the Intrinsic Lyman-alpha Emission Line Shape Uncertainty
可以说，了解红移z > 6的星系际介质（IGM）再电离尾端的最佳希望是通过检测和表征明亮类星体光谱中IGM的Gunn-Peterson（GP）阻尼翼吸收。然而，使用类星体光谱来测量IGM阻尼翼需要类星体的固有莱曼α发射线的模型。在这里，我们量化的不确定性，在固有的线的形状，以及这些不确定性如何影响IGM中性分数的测定。我们已经收集了一个目录的高分辨率的HST光谱的发射线的未遮蔽的低红移类星体，并具有其特点的变化的形状的线。然后，我们添加模拟吸收高红移IGM这些类星体光谱，以确定相应的不确定性，再电离约束使用当前和未来的样本z > 6类星体光谱。我们发现，如果莱曼-α发射线的红移被假定为符合从金属线确定的系统红移，推断IGM中性分数系统地偏置到低的值，由于莱曼-α线相对于金属线的系统蓝移。如果类似的蓝移持续存在于z > 6的类星体中，这种偏差加强了先前关于z ~ 6处存在大量中性氢的说法。即使只有少数明亮的类星体，这种技术也能够在高度电离（x_IGM ~ 10^-3）和中性（x_IGM = 1）的IGM之间做出可靠的区分。
2009-08-17 astro-ph.CO
Assuming Ionization Equilibrium and the Impact on the Lyman-$\mathrmα$ Forest Power Spectrum during the End of Reionization at $8 \geq z \geq 5$
利用宇宙辐射流体动力学\textsc{Technicolor Dawn}模拟方法研究了电离平衡假设对氢再电离末期星系际介质的影响。在中性和部分电离区，那里的超星系紫外线背景（UVB）是弱的，电离时标$t_\mathrm{ion}\equiv Γ^{-1}$超过哈勃时间。假设在这样的区域中的光电离平衡人为地提高了电离率，加速了再电离。与此相反，复合时间$t_\mathrm{rec} < t_\mathrm{ion}$在光电离区，结果，假设光电离平衡人为增加中性氢的分数。利用$8 \geq z \geq 5$之间的快照，我们比较了有和没有电离平衡假设的预测的莱曼- $α$森林通量功率谱。小尺度（$k > 0.1$ rad s km $^{-1}$）在电离平衡情况下显示出从$7 \leq z \leq 5.5$降低的功率，而较大尺度不受影响。这是由于相同的原因：电离平衡人为地抑制了自保护气体中的中性部分，并增强了空隙中的电离，抑制了电离场的小尺度波动。当体积平均中性分数下降到低于$10^{-4}$时，Lyman-$α$森林（LAF）上的非平衡电离特征消失。与最近的观测结果比较表明，这些非平衡效应在LAF通量功率谱中还没有观测到。
2022-04-11 astro-ph.CO
The spectral evolution of the first galaxies. II. Spectral signatures of Lyman continuum leakage from galaxies in the reionization epoch
从z>6星系逃逸的电离光子的比例（fesc）是评估这些天体在宇宙再电离中的作用时的一个重要参数，但星系际介质的不透明性排除了在这些时期直接测量单个星系的fesc。我们认为，由于fesc调节星云发射对星系光谱的影响，它仍然应该是可能的间接探测fesc以及再电离时代。作为第一步，我们证明，通过结合测量的休息帧的UV斜率β与Hb发射线的等效宽度，具有非常高的莱曼连续逃逸分数（fesc>0.5）的星系应该是可识别的z~9通过光谱与即将到来的詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）。以低红移星系团后面的强透镜星系为目标，可以获得质量足够好的JWST谱，其中M（1500）<-16.0的星系在z~7，M（1500）<-17.5的星系在z~9。尘埃遮蔽的恒星形成可能会使分析复杂化，但ALMA或计划中的SPICA任务的支持观测可能会对这些星系的尘埃性质提供有用的限制。
2013-08-31 astro-ph.CO
Observing the tail of reionization: neutral islands in the $z=5.5$ Lyman-$α$ Forest
先前的研究已经注意到，在模拟$z>5.5$ Ly $α$森林的最高不透明度时存在困难，这是在类星体ULAS J 0148 +0600上观察到的极端Ly $α$谷的缩影。一种可能性是，在这些红移的最不透明的区域包含大量的中性氢。这种解释抛弃了再电离在$z=6$之前结束的普遍假设，也调和了在$z=7.5$独立观测到的显著中性宇宙的证据。在这里，我们探讨了一个模型，其中中性部分仍然是$\approx 10\%$在$z=5.5$。我们证实，该模型可以解释所观察到的分散在赖氨酸$α$森林混浊，以及所观察到的赖氨酸$β$传输在J 0148槽。我们对比模型与竞争的“早期”再电离的情况下，其特征在于一个短的平均自由程和大的波动后再电离电离背景。我们认为Ly $α$和Ly $β$有效光学深度，它们的相关性，槽尺寸分布，暗像素分数，IGM热历史，和空间分布的莱曼- $α$发射器周围的森林视线。我们发现，这些模型在几乎所有这些统计数据中大致相似，这表明可能很难明确区分它们。我们认为，在$z>5$的平均自由程和热历史上的改进约束可以走很长的路要走的起源诊断的$z>5.5$不透明度波动。
2020-03-28 astro-ph.CO
A New Method to Measure the Post-Reionization Ionizing Background from the Joint Distribution of Lyman-$α$ and Lyman-$β$ Forest Transmission
在再电离时代结束时，弥漫在星系际介质（IGM）中的电离背景的振幅对再电离宇宙的源的发射率提供了有价值的约束。虽然在较低的红移电离背景的测量依赖于模拟校准的映射之间的光电离率和平均传输的Ly $α$森林，在$z\gtrsim6$的IGM变得越来越不透明，和传输仅出现在狭窄的尖峰分离饱和冈恩-彼得森槽。在这种情况下，测量大的$\sim 50$ Mpc $/h$区域上的平均透射率的传统方法是不太敏感的并且是次优的。此外，Ly $β$跃迁的振子强度小五倍意味着Ly $β$森林在$z\gtrsim6$处相当透明，即使在存在前景$z\sim 5$ Ly $α$森林吸收的污染的情况下。在这项工作中，我们提出了一种新的统计方法来分析联合分布的传输尖峰在同空间$z\sim 6$ Ly $α$和Ly $β$森林。我们的方法依赖于近似贝叶斯计算（ABC），这避免了计算描述高度相关的Ly $α$和Ly $β$传输的棘手的似然函数的必要性。我们应用ABC模拟数据产生的大体积流体动力学模拟结合一个国家的最先进的模型的电离背景波动后再电离IGM，并表明，它是敏感的IGM中性氢馏分比以前的技术。作为一个概念的证明，我们应用这种方法来一个真正的$z=6.54$类星体的光谱和测量电离背景从$5.4\leq z \leq 6.4$沿这条视线与$\sim0.2$ dex统计不确定性。
2017-03-29 astro-ph.CO
The Effects of Lyman-Limit Systems on the Evolution and Observability of the Epoch of Reionization
我们提出了第一个大规模的，完整的辐射转移模拟的星系际介质中的莱曼极限系统（LLS）的存在下的再电离。为了说明LLS不透明度的影响（可能被之前的模拟遗漏），我们添加了均匀或空间变化的无氢束缚不透明度。这种不透明度，作为电离光子的平均自由程（mfp），将观察到的再电离后红移依赖性外推到再电离的时期。在定性协议与以前的研究中，我们发现，在晚些时候的LLS的存在减慢电离前沿，并改变了H II区域的大小分布。我们定量表征的大小分布和形态演变的H II地区和研究的LLS的红移21厘米信号的补丁再电离的影响。LLS的存在使电离历史延长了$Δz \sim 0.8$。LLS吸收体显著阻碍H II区的后期生长。位置相关的LLS分布进一步减慢再电离，并且另外限制了电离区域的后期生长。然而，不存在H II区域的“冻结”，并且最大区域增长到模拟体积的大小。21厘米的功率谱表明，在大尺度上的功率下降了2倍的50%和75%的电离阶段（在$k = 0.1$ $\text{h} \, \text{Mpc}^{-1} $），反映了限制作用的LLS的增长电离补丁。统计观测量，如RMS的亮度温度波动和21厘米的功率谱在大尺度（$k = 0.05 - 0.1$ $\text{h} \, \text{Mpc}^{-1} $）的峰值幅度减少的LLS的存在。
2016-02-02 astro-ph.CO
Possible evidence for a large-scale enhancement in the Lyman-$α$ forest power spectrum at redshift $\mathbf{\textit{z}\geq 4}$
非均匀再电离在大尺度上增强了$z\geq4$红移处的一维Lyman-$α$森林功率谱.这是由于电离氢部分的相干波动引起的大规模的变化后再电离气体温度，随着气体冷却而消退。因此，有可能利用这些残余涨落来约束波数为$\log_{10}(k/{\rm km^{-1}\,s})\lesssim -1.5$的功率谱的非均匀再电离。我们使用Sherwood-Relics混合辐射流体动力学模拟套件对$4.0\leq z \leq 4.6$的新Lyman- $α$森林功率谱测量进行了首次分析。这些数据延伸到波数$\log_{10}(k/{\rm km^{-1}\,s})\simeq -3$，相对不确定度为$10$ -每个波数箱中的$20$ %。我们的分析返回一个$2.7σ$偏好的增强莱曼- $α$森林功率谱在大尺度上，超过预期的空间均匀的紫外线背景。这种大规模的增强可能是一个签名的不均匀再电离，虽然这些数据的统计精度还不足以获得一个强大的检测遗物后再电离波动。我们表明，未来的功率谱测量的相对不确定性为$\lesssim 2.5$ %，应提供明确的证据，在大尺度上的功率谱增强。
2023-03-09 astro-ph.CO
Large Lyman-alpha opacity fluctuations and low CMB tau in models of late reionization with large islands of neutral hydrogen extending to z<5.5
高红移类星体光谱显示星系际介质的Ly-alpha不透明度在z>~5.5的大尺度上有很大的空间起伏。我们提出了一个由星系驱动的宇宙再电离的辐射转移模拟，再现了这种大的散射和快速演变的Ly-alpha不透明度分布在5<z <6. The simulation also reproduces the low Thomson scattering optical depth reported by the latest CMB measurement and is consistent with the observed short near-zones and strong red damping wings in the highest-redshift QSOs. It also matches the rapid disappearance of observed Ly-alpha emission by galaxies at z>~6。在我们的模型中，再电离在z=5.3时完成，宇宙体积的50%在z=7时电离。在这样一个晚期再电离模型中，与Ly-alpha森林数据的一致性需要星系电离发射率的快速演变，其峰值在z~6.8。再电离的后期导致光电离率和中性氢分数在红移低至z<~5.5处的大散射，并具有大的残余中性“岛”，其可以产生非常长的冈恩-彼得森槽，类似于数据中所看到的…
2019-02-18 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
Lyman-$α$ Emitting Galaxies (LAEs) at Cosmic Dawn: Implications and Predictions
Lyman- $α$发射星系（LAEs）的发现对再电离历史提出了严格的限制。在本文中，我们推导了在前一篇文章中所示的仅有的两种再电离方案中预测的非常高的$z$ LAEs的性质，以与15个独立的全球演变的现有数据相一致。（或平均）关于发光物体和星系际介质的宇宙性质以及电离氢到CMB光子的电子散射的光学深度：一个具有单调行为，如通常所考虑的，其由$z=6$完成，另一个具有非单调行为，在$z=6$和$z=10$处具有两个完全电离事件。我们发现，在这两种情况下，非常高的$z$ LAEs的Ly $α$光度函数是非常不同的。因此，将这些预测与詹姆斯韦伯太空望远镜等新仪器即将提供的观测结果进行比较，应该可以揭示正确的再电离场景。与此同时，我们可以比较预测的红移分布和紫外（或莱曼- $α$）光度非常高的$z$ LAEs的那些已经在$z>7.5$观测到的少数对象。通过这样做，我们发现，这样的数据是在紧张的单再电离方案，而他们是完全兼容的双再电离方案。
2022-09-06 astro-ph.CO
Studying the Lyman-$α$ optical depth fluctuations at $z \sim 5.5$ using fast semi-numerical methods
本文提出了一种计算效率高、速度快的半数值方法，用于模拟在红移$5 \lesssim z \lesssim 6$处再电离后留下的中性氢"岛"存在下的Lyman-$α$（Ly $α$）吸收光学深度。分析的主要输入是（一）半数值光子守恒模型的电离区在再电离（命名为CNOT）随着处方模拟阴影的中性岛和（ii）波动冈恩-彼得森近似模型的Ly $α$吸收。然后，我们的模型被用来模拟的有效光学深度的大尺度波动，沿视线向高$-z$类星体。我们的模型由五个参数完全描述。通过将其中两个设置为默认值并改变其他三个，我们获得了数据允许的$5 \lesssim z \lesssim 6$再电离历史的约束。我们确认，在$\gtrsim 2σ$置信度下，在$z \sim 5.6$之前，再电离是\emph{not}完成的，确切的置信限取决于如何处理数据中未检测到通量。我们还证实，再电离的完成可以迟至$z \sim 5.2$。随着模型的进一步改进和在$z \sim 6$更多的视线，我们可以利用我们的分析的计算效率，以获得更严格的约束的电离分数在尾端的再电离。
2020-12-17 astro-ph.CO
Implications of the $z>5$ Lyman-$α$ forest for the 21-cm power spectrum from the epoch of reionization
在过去的几年里，由于发现了具有$z>6$的类星体，我们对红移为$z=5$ - $6$的星系际介质的理解有了相当大的提高，这使得在这些红移处进行莱曼- $α$森林研究成为可能。由此得到的一个认识是，氢的再电离可能比以前认为的要晚得多，因此在IGM中可能存在大量的冷中性氢“岛”，其红移为$z=5$ - $6$。通过使用IGM的辐射转移模拟，我们考虑了这些中性氢岛的存在对21厘米功率谱信号的影响，以及HERA、SKA、LOFAR和MWA等实验对其的潜在探测。与以前的21厘米信号模型相比，我们发现，由于再电离的后期结束，在我们的模拟中，21厘米功率在$z=5$ - $6$的$k\sim 0.1~h/$ cMpc处继续高达$Δ^2_{21}=10~\mathrm{mK}^2$。这个功率谱的值比文献中考虑的这些红移的传统模型高几个数量级。假设前景减影是乐观的，那么HERA和SKA 1-LOW在$\sim 1000$小时内应该可以检测到21厘米功率谱的如此高的值。由于相对较低的天空温度和可能更丰富的多波长数据，这个红移范围也很有吸引力。
2021-08-18 astro-ph.CO
Diffuse Lyman-alpha Halos around Galaxies at z=2.2-6.6: Implications for Galaxy Formation and Cosmic Reionization
我们提出了弥漫莱曼α晕（LAH）确定在复合斯巴鲁窄带图像的100-3600莱曼α发射器（LAE）在z=2.2，3.1，3.7，5.7，和6.6。首先，我们仔细研究潜在的文物模仿LAH，包括一个大规模的点扩散函数（PSF）的仪器和大气的影响。基于我们的关键测试与非LAE样本的合成图像的窄带幅度和源大小分布是相同的，我们的LAE样本，我们确认，没有文物可以产生一个扩散扩展功能类似于我们的LAH。在这个检验之后，我们测量了根据L（莱曼-α）> 2 x 10^42 erg s^-1的z=2.2-6.6 LAE样本估算的LAH指数分布的标度长度。在z=2.2-5.7处，我们得到了~ 5-10 kpc的标度长度，并且发现在这个红移范围内，标度长度没有超出我们的测量不确定度的演化。结合这一结果和先前已知的紫外连续谱尺寸演变，我们推断LAH与紫外连续谱尺寸的比率在z=2.2-5.7处几乎是恒定的。我们的z=6.6 LAH的标度长度大于5-10 kpc，刚好超出误差线，这暗示LAH的标度长度将从z=5.7增加到6.6。如果这一增加被未来的大型巡天所证实，并且统计和系统误差得到了显著的改善，那么z > 6处的尺度长度变化将是由于宇宙再电离而导致的中性氢散射莱曼α光子比例增加的标志。
2014-05-02 astro-ph.CO
A measurement of the Lyman-beta forest power spectrum and its cross with the Lyman-alpha forest in X-Shooter XQ-100
莱曼α森林是大尺度结构探测器，我们似乎对最高波数进行了建模控制。这使得莱曼-α森林对于限制暗物质的热度和再电离过程的时间具有极大的意义。然而，标准的统计量，莱曼α森林功率谱，是无法强烈约束IGM的温度-密度关系，这种能力进一步限制了如何以及其他高波数敏感参数可以约束。为了打破这些简并，我们测量了莱曼β森林的功率谱及其与同时代莱曼α森林的互相关性，使用VLT/X-Shooter XQ-100 Legacy Survey中z=3.5-4.5的100个类星体的光谱，其动机是莱曼β过渡的较小吸收截面，使其对相对于莱曼α过渡的较高密度敏感。我们的推论，从这个测量的IGM温度密度关系似乎闩锁一致到最近紧低红移莱曼α森林的限制。z=3.4-4.7的趋势，我们发现使用莱曼-α $-$莱曼-β交叉相关表明，随着红移的减少，温度-密度关系的斜率变平。这是预期的趋势，从正在进行的氦II再电离，有足够的时间达到渐近温度密度斜率后，氢再电离完成。此外，我们的测量提供了一个一致性检查IGM模型，解释莱曼-阿尔法森林，与交叉相关免疫系统学是不相关的两个森林之间，如金属线污染。
2021-10-15 astro-ph.CO
The THESAN project: Lyman-alpha intensity mapping of cosmic reionization
Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian（哈佛与史密森尼天体物理中心）；Department of Physics, The University of Texas at Dallas（德克萨斯大学达拉斯分校物理系）；Department of Physics and Astronomy, York University（约克大学物理与天文系）；Kavli IPMU (WPI), UTIAS, The University of Tokyo（东京大学卡弗里宇宙物理起源研究所（WPI）、UTIAS）；Department of Physics and Astronomy, University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学物理与天文系）；Department of Physics and Astronomy, Oberlin College（欧柏林学院物理与天文系）；Department of Physics & Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院物理系及卡弗里天体物理与空间研究所）
THESAN项目利用高分辨率模拟预测未来Lyman-alpha强度成像研究，探讨再电离时期中Lyman-alpha信号的吸收效应及宇宙学意义。
2025-12-05 astro-ph.CO
The End of Helium Reionization at z~2.7 Inferred from Cosmic Variance in HST/COS HeII Lyman Alpha Absorption Spectra
本文报道了在两个z~3类星体的HST/COS光谱中探测到的强烈变化的星系际HeII吸收。从我们对这些和三个档案视线中的HeII吸收的均匀分析中，我们发现平均HeII有效光学深度从z~2.3处的τ ~1显著增加到z~3.2处的τ>5，但在2.7< z <3处的2<τ <5的大散射在~10 Mpc的尺度上。这种分散主要是由于HeII部分和HeII电离背景的波动，而不是密度变化，探测的同时代HI森林。HeII吸收的半解析模型需要HeII电离背景的强烈降低来解释在z>2.7时吸收的强烈增加，这可能表明HeII再电离在z>2.7时是不完全的。同样，最近的三维数值模拟的HeII再电离定性地同意观察到的趋势，只有当HeII再电离完成在z=2.7或甚至更低，如我们的五个视线中的两个在z<2.8的大tau>3所示。通过在2.7< z <3时将样本大小加倍，我们新发现的HeII视线首次探测了氦完全电离时第二次再电离时期的多样性。
2011-05-11 astro-ph.CO
On Modeling and Measuring the Temperature of the z~5 IGM
在高红移的低密度星系际介质（IGM）的温度是敏感的氢和HeII再电离的时间和性质，并可以从莱曼α森林吸收光谱测量。由于星系际气体在再电离过程中对加热的记忆会逐渐消失，因此需要尽可能接近再电离的测量。此外，在足够高的红移下测量IGM温度应该有助于隔离氢再电离的影响，因为HeII再电离开始较晚，在较低的红移下。受此启发，我们使用斑片状再电离的半数值模型来模拟z>5时的IGM温度。我们构建模拟莱曼α森林光谱从这些模型，并考虑其可观察到的影响。我们发现，在莱曼α森林的小尺度结构是敏感的IGM的温度，即使在红移的森林中的平均吸收高达90%。我们预测的精度在z~5 IGM温度可以测量使用现有的高分辨率类星体光谱的样本，并发现有趣的限制是可能的。例如，一个早期的再电离模型，其中再电离在z~10结束，应该是可区分的-在高统计显著性-从一个较低的红移模型，其中再电离在z~6完成。我们讨论改进我们的建模，可能需要强大的解释未来的测量。
2014-03-25 astro-ph.CO
Constraining Neutrino mass using the large scale HI distribution in the Post-reionization epoch
中性星系际介质在后再电离时代，使我们能够研究宇宙结构的形成，通过观察红移21厘米信号和莱曼α森林。我们研究了通过物质功率谱中功率的抑制来测量中微子总质量的可能性。我们调查的可能性测量中微子质量通过其印记的互相关功率谱的21厘米的信号和莱曼α森林。我们认为，无线电干涉测量的21厘米的信号与SKA 1-中像射电望远镜和BOSS像莱曼α森林调查。Fisher矩阵分析表明，在基准红移z = 2.5时，平均分布在25个射电点上的10，000小时21厘米观测值，以及在1 {deg}^[2]中有30条类星体视线的莱曼-α森林巡天，使我们能够测量3.25%水平的Ω_v。平均分布在25个无线电点上的总共25，000小时的无线电干涉观测和具有\bar n = 60 { \rm deg}^{-2}的莱曼-α测量将允许在2.26%的水平上测量Ω_v。这相当于在（100 \pm 2.26）meV的精度下对\sum m_v和f_v = Ω_v/ Ω_{m}的2.49%水平上的理想测量。
2016-10-28 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
The lack of intense Lyman~alpha in ultradeep spectra of z=7 candidates in GOODS-S: imprint of reionization?
本文介绍了在GOODS-S场从Hawk-I/VLT和WFC 3/HST成像中选出的7个z>6.5的莱曼破裂星系（LBG）候选者的VLT上用FORS 2获得的超深光学光谱。对于一个星系，我们检测到一条低显着发射线（S/N< 7），位于9691.5 +/- 0.5A，通量为3.4 x 10^（-18）erg/cm^2/s。如果被识别为莱曼α，它将LBG置于红移z=6.972+/- 0.002，静止框架等效宽度EW}= 13 A。使用蒙特卡罗模拟和2<z<6的保守EW分布函数，我们估计在信噪比大于10的情况下，在我们的数据中没有观测到星系的概率约为2%，在信噪比=5的情况下，7个星系中只有1个星系被观测到的概率约为4%，但这些概率可能小到约1 E-3，这取决于EW分布的细节。我们的结论是，要么是一个显着的部分候选人是不是在高红移或一些物理机制淬灭莱曼α发射从星系出现在z>6.5，突然扭转的趋势，增加的红移观察到z~ 6.5强发射体的比例增加。我们讨论的可能性，越来越中性的星系际介质是负责这种淬火。
2010-10-13 astro-ph.CO
Intensity Mapping across Cosmic Times with the Lyman-Alpha Line
我们提出了一个定量模型的莱曼α（Ly-alpha）发射整个宇宙的历史，并确定在Ly-alpha信号的空间波动的强度映射的前景。由于i）我们的模型假设在z>6时维持再电离所需的最小恒星形成量，ii）在z<6时基于从少数观测到的明亮Ly-alpha发射体外推的光度函数，这应该被认为是一个下限。绘制谱线发射图可以探测再电离、恒星形成和作为红移函数的大尺度结构。虽然Ly-alpha发射在再电离过程中进行了研究，我们也预测后再电离信号测试预测的强度和激励未来的强度映射探针的再电离。在我们的模型中，我们包括了来自大质量暗物质晕和星系际介质（IGM）的辐射。我们发现协议与电流，测量亮度函数的Ly-alpha发射器在z<8。然而，与Ly-alpha发射体无关的漫射IGM发射在高达z~10的强度中占主导地位。虽然我们的模型适用于深光学或近红外观测，如SuMIre调查或詹姆斯韦伯太空望远镜，只有强度映射将检测到漫IGM发射。我们还构建了Lyα发射的3D功率谱模型，并表征了可能的前景污染。最后，我们研究了强度映射测量Ly-alpha波动的前景，同时确定去除干扰污染。我们的研究结果表明，虽然再电离信号具有挑战性，但当与其他谱线结合使用时，Ly-alpha波动可能是LSS的一个有趣的新探针，例如，H-alpha，用于监测低红移前景混淆。
2013-09-09 astro-ph.CO
Emission-Line Galaxies from the HST PEARS Grism Survey I: The South Fields
我们目前的搜索结果的发射线星系在南部领域的哈勃太空望远镜PEARS（探测演化和再电离光谱）棱晶调查。PEARS南场由五个ACS点（包括哈勃超深场）和G800 L棱镜组成，共120个轨道，揭示了天空GOODS-South区域中数千个微弱的物体光谱。发射线星系（ELG）是棱镜光谱中普遍存在的天体的一个子集。使用二维检测和提取程序，我们发现320条发射线起源于192个星系内的226个星系“结”。线识别的结果在118个新的灰色光谱红移星系在GOODS南领域。我们使用标准高斯拟合技术测量发射线通量。在棱镜数据的分辨率下，H-β和[OIII]双峰混合。然而，通过将两个高斯分量拟合到H-β和[OIII]特征，我们发现许多PEARS ELG与其他具有可比光度的星系样本相比具有较高的[OIII]/H-β比率。本文给出了ELG的恒星形成率（SFR），以及在z~0.1-0.5范围内各个星系中不同的巨星形成区的样本。我们发现，这些HII区域的径向距离一般驻留在星系的光学连续半光半径附近，类似于本地星系中的巨型HII区域。
2009-07-13 astro-ph.CO
The clustering of Lyman alpha emitters at z=7: implications for reionization and host halo masses
高红移星系的Ly $α$线已经成为早期星系演化和再电离时代（EoR）的有力探测器。受斯巴鲁超级超级凸轮（HSC）即将进行的宽视场调查的启发，我们研究了窄带选择的角关联函数（ACF），$z\approx7$ Ly $α$发射星系（LAEs）。LAEs的聚集由两个因素决定：（i）它们典型的宿主晕质量$\bar{M}_{\rm h}$;（ii）由于斑片状EoR的吸收，其特征在于星系际介质的平均中性分数$\bar{x}_{\rm HI}$。我们通过探索物理EoR模型中固有的Ly $α$发射和宇宙电离补丁的大尺度模式（即形态学）的极端情况，将允许的LAE ACF括起来。与EoR形态无关，当前的$z\approx 7$ ACF测量限制了$\bar{x}_{\rm HI}\lesssim 0.5$（1- $σ$）。我们还发现，目前观测到的ACF的低值意味着LAE由相对较小的暗物质晕托管：$\bar{M}_{\rm h} \lesssim 10^{10} M_{\odot}$，相应的占空比$\lesssim$为百分之几。这些值比颜色选择的Lyman break星系的类似值低一个数量级以上，这表明$z\approx 7$窄带LAEs搜索优先选择年轻的恒星爆发星系，存在于质量较小的光环中即将到来的HSC超深战役将显著改善对EoR和LAE主机晕的限制。
2015-09-09 astro-ph.CO
Forecast for the detectability of patchy hydrogen reionization in WEAVE-QSO measurements of the Lyman-$α$ forest power spectrum at redshift $z \geq 4$
The University of Nottingham（诺丁汉大学）；University of Hertfordshire（赫特福德大学）；Indian Institute of Technology Indore（印度理工学院印多尔分校）；Aix Marseille Université（艾克斯-马赛大学）；Università degli Studi di Milano-Bicocca（米兰比可卡大学）；Camosun College（卡莫森学院）；IUCAA（印度天体物理与宇宙学研究与教学中心）；INAF - Osservatorio Astronomico di Brera（意大利国家天体物理研究所布拉耶天文台）
本研究预测WEAVE-QSO巡天的一维莱曼α森林功率谱测量，可在z≥4时以约4.5σ显著性直接探测并表征斑块状氢再电离的大尺度残余印记。
2026-11-03 astro-ph.CO
Distinguishing AGN from starbursts as the origin of double peaked Lyman-Alpha Emitters in the reionization era
本文讨论了最近在莱曼α发射体（LAEs）中观测到的活动星系核（AGN）再电离（$z \gtrsim 6.5$）时期双峰轮廓的可能起源。结合这些星系中蓝峰速度偏移估计的$α$近区的范围，以及类星体在$z \gtrsim 6$的电离发射率，我们预测了活动星系核产生双峰轮廓所需的内禀紫外和X射线光度。我们还通过将活动星系核的亮度与这些时期类似类星体样本的亮度进行比较来估计活动星系核的遮蔽程度。未来的X射线和射电观测，以及那些与${James \ Webb \ Space \ Telescope}$，将是有价值的工具，以测试活动星系核的贡献，高红移LAEs的星系间尺度电离区。
2021-01-22 astro-ph.CO astro-ph.GA
Detectability of 21cm-signal during the Epoch of Reionization with 21cm-Lyman-$α$ emitter cross-correlation. I
在再电离时期（EoR），星系际介质（IGM）中中性氢的21厘米红移线信号的探测由于强烈的前景（如银河系同步加速器和河外射电星系）而变得复杂。21 cm Lyman- $α$发射源（LAE）互相关是减少前景效应的有效工具之一，因为这种射电源的前景发射在统计上与LAE分布无关。斯巴鲁超级超级凸轮（HSC）正在进行红移$z=6.6$和$7.3$的EoR期间的LAE调查。此外，主焦点摄谱仪（PFS）将提供HSC巡天发现的LAEs的精确红移信息。在本文中，我们研究了21厘米信号的探测能力与21厘米LAE互相关使用我们改进的再电离模拟。我们还专注于错误预算和定量评估，以考虑一种策略，以提高信噪比。此外，我们探索扩大LAE调查，建议最佳的调查参数，并显示出潜在的测量电离气泡的特征尺寸通过营业额规模的交叉功率谱。结果表明，结合LAE对HSC的深场探测，Murchison宽场阵列（MWA）具有大尺度检测互功率谱信号的能力。我们还表明，灵敏度显着提高，在小尺度上，通过添加从PFS测量的红移信息。平方公里阵列（SKA）有可能以$6\times10^{-3}~{\rm Mpc^{-1}}$的准确度测量营业额规模。
2018-06-21 astro-ph.CO
Large Opacity Variations in the High-Redshift Lyman-alpha Forest: the Signature of Relic Temperature Fluctuations from Patchy Reionization
最近对莱曼-α森林的观测显示星系间莱曼-α不透明度的大尺度空间变化，在z>5时随着红移的快速增长，远远超过了经验模型的预期。以前的研究试图用电离背景的空间涨落来解释这种过剩，但发现这需要极其罕见的源或电离光子的平均自由程的低值。在这里，我们报告说，大部分-或可能所有-观察到的过量可能来自残余的空间变化的温度，这是一个不可避免的副产品的一个补丁和扩展的再电离过程。以这种方式产生的不透明度波动的幅度取决于再电离的时间和持续时间。如果整个过剩是由于温度变化单独，所观察到的波动幅度有利于一个后期结束，但延长再电离过程，大约是一半完成的z~9和结束在z~6。在这种情况下，最高的不透明度出现在最早重新电离的区域，因为它们有最多的时间冷却，而最低的不透明度出现在最近重新电离的温暖区域。这种对应关系可能为斑片状再电离打开了一个新的观测窗口。
2015-12-01 astro-ph.CO astro-ph.GA
Reionization with star-forming galaxies: insights from the Low-z Lyman Continuum Survey
从星系逃逸的电离光子的分数，$f_{esc}$，是在同一时间的再电离建模和一个非常鲜为人知的量，特别是在高红移的一个关键参数。最近的观测开始限制低z恒星形成星系中的$f_{esc}$值，但这种比较的有效性仍有待验证。在高z应用$f_{esc}$和低z莱曼连续统巡天的紫外斜率趋势之间的经验关系，我们使用DELPHI半解析星系形成模型来估计高z星系的全球电离发射率，我们使用它来计算由此产生的再电离历史。我们发现，全球电离发射率和再电离历史符合观测约束。假设低z相关性在再电离时期保持不变，我们发现具有$-16 \lesssim M_{UV} \lesssim -13.5$的星系是再电离的主要驱动者。我们在z= 4.5，6，8处导出总体平均的$\langle f_{esc} \rangle \simeq 8\%, 10\%, 20\%$。
2022-12-12 astro-ph.CO astro-ph.GA
Detections of Faint Lyman-alpha Emitters at z = 5.7: Galaxy Building Blocks and Engines of Reionization
We report results of a unprecedentedly deep, blind search for Ly-alpha emitters (LAEs) at z = 5.7 using IMACS, the Inamori-Magellan Areal Camera & Spectrograph, with the goal of identifying missing sources of reionization that could also be basic building blocks for today's L* galaxies. We describe how improvements in wide field imaging with the Baade telescope, upgrades to IMACS, and the accumulation of ~20 hours of integration per field in excellent seeing led to the detection of single-emission-line sources as faint as F ~ 2 x 10^{-18} ergs s^{-1} cm^{-2}, a sensitivity 5 times deeper than …
2011-07-19 astro-ph.CO
Towards a panchromatic picture of galaxy evolution during the reionization epoch
在高红移（z > 4）有数以千计的恒星形成星系的确认探测。这些观测主要依赖于光谱莱曼破裂和莱曼α发射线的检测。这些来源的理论模型有助于在标准宇宙学范式的框架内解释观测结果。我们目前的结果，从高z MareNostrum项目，旨在构建一个全色图像的高红移星系的演化，这将提高我们对年轻恒星形成星系的理解。我们的模拟成功地再现了来自Lyman Break Galerkin和Lyman α发射体在5 < z < 7处的观测约束。基于这个模型，我们预测预期的远红外（FIR）发射，应观察LAEs。这些预测将有助于解决大质量高z星系的尘埃含量问题，这个问题将是可行的，可以用阿塔卡马大毫米阵列（ALMA）进行观测探测。
2012-08-03 astro-ph.CO
Constraining Reionization with Lyman Alpha Emitting Galaxies
中性弥漫星系际气体存在于再电离时期（EoR）抑制了背景星系发射的莱曼α（Lya）通量。在这一章中，我总结了越来越多的观测支持的说法，星系在z>6时发射的Lya光子被干预的HI气体抑制。我描述的关键物理过程中影响Lya转移EOR。我认为，尽管与这个复杂的多尺度问题的不确定性，在Lya发射星系在z=0-6的数据强烈表明，观察到的减少Lya流量从星系在z>6是由于额外的干预HI气体。主要的问题是，在扩散中性IGM中，这种额外的HI气体占多大比例。我总结了如何在现有的和即将到来的仪器未来的调查，预计将大大减少现有的观测不确定性。有了这些改进的数据，我们将有可能确定Lya发射星系的再电离。
2015-11-04 astro-ph.CO astro-ph.GA
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
Detectability of 21cm signal during the Epoch of Reionization with 21cm-Lyman-$α$ emitter cross-correlation. III. Model dependence
在再电离期探测星系际介质中的$\rm H_I$ 21厘米谱线时，受到银河系同步辐射源和河外射电源等前景污染的影响。Lyman- $α$ emitter（LAE）星系与21 cm线的互相关是识别21 cm线信号的有力工具，因为21 cm线发射与LAE相关，而LAE与前景在统计上无关。到目前为止，21 cm LAE互功率谱的可探测性已经用简单的LAE模型进行了研究，其中观测到的Ly $α$亮度与暗物质晕质量成正比。然而，以前的模型与Subaru/Hyper Suprime-Cam（HSC）获得的LAE的最新观测数据不一致。在这里，我们重新审视21厘米LAE交叉功率谱的可探测性，采用一个国家的最先进的LAE模型与所有斯巴鲁/HSC的观测，如Ly $α$光度函数，LAE角自相关，和LAE分数在连续选定的星系。我们发现，所产生的互功率谱与更新的LAE模型是减少在小尺度（$k\sim 1\ \rm Mpc^{-1}$）相比，简单的模型，而在大尺度（$k \lesssim 0.2 \ \rm Mpc^{-1}$）的幅度没有受到太多的影响。我们的结论是，大规模的信号将检测与平方公里阵列（SKA）和HSC LAE互相关，但检测小规模的信号将需要一个扩展的HSC LAE调查与面积的$\sim 75\ \rm deg^2$或3000小时的观测时间的21厘米线与SKA。
2020-04-06 astro-ph.CO
Cross-correlation of the cosmic 21-cm signal and Lyman Alpha Emitters during reionization
对宇宙21厘米信号的干涉测量将彻底改变我们对再电离时代（EoR）的理解，最终提供早期宇宙的3D地图。然而，最初的检测将是低信噪比的，受到系统学的限制。为了确认一个假定的21厘米探测，并检查21厘米数据分析管道的准确性，将其与真正的宇宙学信号进行交叉相关将非常有用。最有希望的宇宙学信号是莱曼α发射星系（LAEs）的宽视场图，预计来自斯巴鲁Hyper-Suprime Cam（HSC）超深场。在这里，我们提出了在z~7的LAE地图和低频阵列（LOFAR）和计划的平方公里阵列阶段1（SKA 1）观察到的21厘米信号之间的相关性的估计。我们采用了一种系统的方法，改变：（一）处方分配LAES主机晕;和（二）中性和电离区（即EoR形态）的大尺度结构。我们发现，LAE-21 cm互相关对（i）不敏感，因此使其成为EoR的鲁棒探测器。在R~3-10 Mpc尺度上，使用LAE-21 cm交叉关联函数，用LOFAR进行1000小时的观测，就足以在大于1个标准差的情况下区分完全电离的宇宙和平均中性分数为xHI~0.50的宇宙。与LOFAR不同，其LAE-21 cm互相关的检测受到噪声的限制，SKA 1主要受到忽略EoR形态的限制。然而，计划中的100小时宽场SKA 1-Low调查将足以区分电离宇宙与xHI~0.25的宇宙，即使是最悲观的假设。
2016-02-15 astro-ph.CO
Large fluctuations in the hydrogen-ionizing background and mean free path following the epoch of reionization
莱曼α森林中的极大不透明槽被解释为z~6以下扩展再电离过程的标志。这样的特征是不可能重现简单的模型，假设一个统一的平均自由程电离光子的星系际电离背景。我们建立了一个自洽模型的电离背景，其中包括波动的平均自由程由于电离背景和大尺度密度场的强度变化。主要的效果是抑制电离背景在大规模的空隙，由于“自屏蔽”的光学厚吸收剂的数量增加。我们的模型的结果在50兆秒差距/小时莱曼α森林有效光学深度的分布，显着提高了与观测在z~5.6的协议。外推到z~5.4和z~5.8似乎是有希望的，但是匹配平均背景演化需要超出本模型范围的吸收体群体的演化。我们还证明了需要非常大的体积（>400 Mpc的一侧），以准确地确定罕见的大规模特征的发病率在莱曼α森林。
2015-09-23 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
Detectability of 21cm-signal during the Epoch of Reionization with 21cm-Lyman-α emitter cross-correlation. II. Foreground contamination
红移21 cm信号与Lyman-α辐射源（LAEs）之间的互相关是探测再电离时期（EoR）的有力工具。虽然交叉功率谱（PS）的优点是不与比21厘米信号亮得多的前景相关，但银河系和银河系外的前景阻止了检测，因为它们有助于交叉PS的变化。因此，需要采取减轻前景的战略。在这项工作中，我们研究的影响前景回避测量的21厘米LAE互相关。然后，我们模拟21厘米的观察所观察到的默奇森宽场阵列（MWA）。点源前景是从银河系和河外全天空默奇森宽场阵列（GLEAM）的调查目录建模，并使用参数模型的扩散前景进行评估。对于LAE观测，我们假设斯巴鲁超级至尊凸轮（HSC）的大型调查，与主焦点摄谱仪（PFS）的光谱观测。为了预测21厘米的信号，我们采用后处理的辐射转移和辐射流体力学相结合的数值模拟。使用这些模型，2D PS的信噪比表明，即使在所谓的“EoR窗口”中，前景污染也主导交叉PS的误差。我们发现，至少99%的点源前景和80%的银河弥漫前景必须删除测量EoR信号在大尺度$k<0.5 h \rm Mpc^{-1}$。此外，在小尺度下的检测需要比使用128个瓦片操作的MWA的灵敏度大80倍的灵敏度和99%的点源前景去除。
2018-07-04 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
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
Unveiling the Phase Transition of the Universe During the Reionization Epoch with Lyman-alpha
再电离时代（6 < z < 10）标志着我们宇宙中第一个大星系成长成熟并开始影响周围宇宙的时期。大质量恒星和潜在的吸积超大质量黑洞使宇宙充满了电离辐射，烧掉了自复合（z~1000）以来充满星系际介质（IGM）的中性气体薄雾。这一过程的演变限制了这些最早的光源的关键特性，因此在观测上限制再电离是未来十年的一个关键科学目标。从光度学确定的星系中测量莱曼α辐射是一个高度限制的再电离探测器，因为中性IGM会共振散射这些光子，降低可探测性。虽然8- 10米望远镜已经完成了大量的工作，但这些观测需要超大型望远镜（ELT）;今天10米级望远镜的通量极限仅足以观测已知最亮的星系（m < 26）。用巨型麦哲伦望远镜（GMT）和30米望远镜（TMT）进行的超深探测将能够探测到比今天最深探测微弱2-3个星等的星系的莱曼α辐射。GMT上的宽场光纤光谱学与TMT上的窄场AO辅助狭缝光谱学相结合，将能够探测整个再电离时期电离气泡的预期大小，随后使用宽场红外空间望远镜进行度尺度深度成像调查。这些数据将提供第一个解决莱曼α为基础的地图的电离星系际介质在整个时代的再电离，约束模型的时间和空间演变的这种相变。
2019-03-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
