Lyman-α Forest and Cosmic Weak Lensing in a Warm Dark Matter Universe
本文综述了暖暗物质（WDM）宇宙学模型中大尺度结构理论的研究现状。特别是，我们专注于非线性建模的物质功率谱和质量函数的暗物质晕。我们描述了N体WDM模拟的结果，并提到重子物理可能引起的影响。我们还研究了大尺度结构的晕模型及其最近提出的WDM宇宙学的修改，这说明了初始物质密度场的小尺度光滑性，更好地拟合N体模拟的结果。在描述了理论模型之后，我们讨论了WDM粒子质量的当前下限m_w，其对应于假设粒子是热遗迹的WDM温度的上限。最好的约束来自Lyα森林，并在2σ置信水平下排除所有低于3.3 keV的质量。最后，我们回顾了未来透镜观测的预测，这将是相同的数量级的Lyα森林数据已经存在的限制，但探索一个不同的红移制度。
2013-11-20 astro-ph.CO
How to constrain warm dark matter with the Lyman $α$ forest
高分辨率Lyman- $α$森林数据的通量功率谱在小尺度上表现出抑制。这种抑制的起源可能是由于长期寻找的暖暗物质（WDM）或热效应，与宇宙的再电离历史有关。以前的工作探讨了一类特殊的再电离历史，表现出足够强的热抑制，几乎没有留下空间的温暖暗物质的解释。在这项工作中，我们选择了一个不同的类的再电离的历史，完全兼容的再电离演化的现有数据，但更冷的再电离历史，由以前的作者在确定的性质的暗物质，从而留下最广泛的空间WDM解释的抑制通量功率谱。我们发现，WDM热文物与质量低于1.9千电子伏（95%CL）将产生抑制的规模大于观测到的最大通量功率谱，独立于热效应的假设。这WDM质量是显着低于以前声称的界限，证明了莱曼- $α$森林方法的系统不确定性的水平，由于以前的建模。我们还讨论了这种不确定性可能会影响也在大规模测量的eBOSS数据。
2022-05-26 astro-ph.CO hep-ph
Constraining warm dark matter power spectrum using the cross-correlation of HI 21 cm signal and the Lyman-$α$ forest
我们已经考虑了测量红移HI 21-cm信号和莱曼- $α$森林的交叉暖暗物质（WDM）功率谱的前景，从而限制WDM质量使用即将到来的无线电干涉仪-Ooty宽场阵列（OWFA）和SKA 1-mid的观测，以及类星体的光谱调查。我们已经考虑了一个类星体的调查，平均观测到的类星体数密度为$\bar{\rm n}_{\rm Q} = 48$度$^{-2}$超过14455度$^{2}$的收集区域，平均光谱信噪比= 5。我们使用OWFA进行的分析表明，可以使用$k < 0.4$ Mpc $^{-1}$和${\rm SNR} > 5$在100个不同视场中分别观察200小时，测量多个$k$ -bin中的WDM功率谱，以测量$m_{\rm WDM} = 0.25$ keV。考虑到热暗物质密度参数$Ω_{\rm WDM}$和暗能量密度参数$Ω_{\Lambda0}$联合测量的可能性，我们发现对于基准$m_{\rm WDM} = 0.25$ keV，$Ω_{\rm WDM}$参数的$1-σ$测量的相对误差为$\sim 0.8$.我们进一步发现，有可能在$\sim 7.2-σ$和$\sim 2.7-σ$的置信水平下，在$k$ -范围$0.1 \leq k \leq 3.13$ Mpc $^{-1}$的$m_{\rm WDM} = 0.15$ keV的两个不同的$k$ -仓中测量来自冷暗物质（CDM）功率谱…
2019-07-24 astro-ph.CO
Signatures of warm dark matter in the cosmological density fields extracted using Machine Learning
该研究构建贝叶斯神经网络，利用莱曼α森林逐像素重建IGM密度场并约束WDM粒子质量，使用少量观测数据即可匹配现有最优约束，1σ准确率达75%-85%。
2024-11-26 astro-ph.CO
Warm Dark Matter constraints from the joint analysis of CMB, Lyman-$α$, and global 21 cm data
本研究联合CMB、类星体吸收光谱和21 cm全球信号，用MCMC方法同时变化所有参数，首次解决简并问题，排除$m_X<2.8$ keV，预测未来数据可约束$m_X>7.7$ keV并探测$m_X\sim7$ keV的WDM粒子。
2023-12-25 astro-ph.CO
How warm are non-thermal relics? Lyman-$α$ bounds on out-of-equilibrium dark matter
我们研究了非冷暗物质（NCDM）在非热平衡状态下产生的功率谱。我们认为暗物质生产从标量凝聚体（暴胀，模量）的衰变，热化和非热化粒子的衰变，并从热和非热冻结。对于每一种情况下，我们计算的NCDM相空间分布和线性物质的功率谱，其特点是类似于温暖的暗物质（WDM）的截止。这个尺度完全由NCDM的状态方程决定。我们提出了一个映射过程，翻译的WDM莱曼- $α$质量绑定到NCDM的情况。这个过程不需要昂贵的特设非线性物质功率谱的数值计算。通过应用它，我们得到了几个NCDM的可能性，范围从$m_{\rm DM}\gtrsim {\rm EeV}$ DM生产的膨胀衰变与低再加热温度，以子千电子伏的值为非热冻结的界限。我们讨论了这些结果的具体例子，其中包括强稳定和非稳定的超对称模量，从暴胀衰变，$Z'$和自旋2介导的冻结，和非超对称自旋3/2 DM的引力子生产的唯象意义。
2021-03-30 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
A New Population of High Redshift, Dusty Lyman-Alpha Emitters and Blobs Discovered by WISE
我们报道了一种新的技术来选择1.6 <z <4.6的尘埃莱曼α发射体（LAEs），其中超过三分之一是“斑点”（LABs），其发射扩展到30 - 100kpc的尺度。结合来自NASA宽视场红外巡天探测器（WISE）任务的数据和来自W.M.凯克望远镜，我们提出了一个颜色标准，产生78%的成功率，在确定罕见的，尘土飞扬的LAEs，其中至少有37%的实验室。这些天体的表面密度仅为每平方度0.1，这使得它们非常罕见，以至于在狭窄的调查中基本上被错过了。我们测量了92个这些WISE选择的，典型的无线电安静星系的光谱红移，并发现LAEs（LABs）的中值红移为2.3（2.5）。WISE测光结合赫歇尔的数据显示，这些星系具有极端的远红外光度（L_IR> 10 ^{13 - 14} L_sun）和暖色，通常比亚毫米选择星系（SMG）和尘埃遮蔽星系（DOG）大。这些特征通常与尘埃被强烈的活动星系核活动所激发有关。我们假设，空间扩展的莱曼α，大量的温暖的红外发光的尘埃，和稀有性（意味着一个短暂的阶段）的组合可以解释，如果星系正在经历强烈的“反馈”将它们从一个极端的尘埃星爆类星体。
2012-05-17 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
New Constraints on Warm Dark Matter from the Lyman-$α$ Forest Power Spectrum
本研究利用1080个高分辨率流体动力学模拟，结合莱曼-α森林通量功率谱观测，给出温暗物质粒子质量3.1 keV的95%置信下限，且微弱偏好4.5 keV的热遗迹质量，同时约束了高红移光电离背景性质。
2023-06-09 astro-ph.CO astro-ph.GA
New Constraints on the free-streaming of warm dark matter from intermediate and small scale Lyman-$α$ forest data
我们提出了新的测量的自由流动的温暖暗物质（WDM）的莱曼- $α$通量功率谱。我们使用的数据来自用X-射手摄谱仪（$z=3 - 4.2$）观测到的中等分辨率、中等红移的XQ-100样品，以及Viel等人（2013）用HIRES/MIKE摄谱仪（$z=4.2 - 5.4$）获得的高分辨率、高红移样品。基于对莱曼- $α$通量功率谱依赖于自由流的暗物质、宇宙学参数以及星系际介质（IGM）的热历史的流体动力学模拟的进一步改进的建模，我们得到以下限制，表示为热遗迹WDM粒子的等效质量。单独的XQ-100通量功率谱给出了1.4 keV的下限，HIRES/MIKE样品的再分析给出了4.1 keV，而组合分析给出了我们最好的和显著增强的5.3 keV的下限（所有2个$σ$ C.L.）。联合分析的进一步改进部分是由于这两个数据集在天体物理学和宇宙学参数之间具有不同的简并性，当数据集合并时，这些参数被打破，更重要的是在热演化的选择上。这些结果都假定IGM的温度演化可以用红移的幂律来模拟。允许的IGM的温度与突然的温度变化高达5000 K的一个非平滑的演变降低了下限的组合分析到3.5千电子伏。然而，具有较小热遗迹质量的WDM将需要在窄红移间隔$z=4.6-4.8$中的$5000\,K$或更大的突然温度跳变，这与基于高分辨率Lyman- $α$森林数据的热历史观测以及在这些红移处低密度IGM中的光加热和…
2018-06-08 astro-ph.CO hep-th
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
Constraining Dark Matter -- Dark Radiation interactions with CMB, BAO, and Lyman-$α$
几个有趣的暗物质（DM）模型引用了一个暗扇区，导致两种类型的遗迹粒子，可能相互作用：非相对论DM和相对论暗辐射（DR）。这些模型对宇宙学观测量有着有趣的影响，原则上可以解决小尺度冷DM危机、哈勃张力和/或低$σ_8$值等问题。它们的宇宙学行为被ETHOS参数化捕获，其中包括DR-DM散射率标度，就像温度的幂律，$T^n$。使用$n=0$、$2$或$4$的场景可以在具体的暗扇区设置中轻松实现。在这里，我们使用最近的CMB，BAO和高分辨率Lyman-$α$数据更新这三种情况下的约束。我们介绍了一个新的莱曼$α$可能性，适用于广泛的宇宙学模型与抑制的小尺度上的物质功率谱。对于$n=2$和$4$，我们发现Lyman-$α$数据将DM-DR相互作用速率的CMB+BAO边界增强了许多数量级。然而，模型提供了一个可能的解决方案，失踪的卫星问题仍然与我们的新的界限兼容。对于$n=0$，高分辨率Lyman-$α$数据对相互作用速率的约束并不比CMB+BAO数据强，除了非常小的DR密度值。使用CMB+BAO数据和理论驱动的DR的最小密度的先验，我们发现，$n=0$模型可以减少哈勃张力从$4.1σ$到$2.7σ$，同时容纳宇宙剪切数据暗示的较小值的$σ_8$和$S_8$参数。
2019-07-02 astro-ph.CO
The covering factor of high redshift damped Lyman-$α$ systems
我们用甚长基线阵列在327、610或1420 MHz的前景阻尼Lyman- $α$系统（DLA）上对18个类星体成像，测量了每个DLA在其红移HI 21 cm线频率或其附近的覆盖因子$f$。包括文献中的6个系统，我们发现在$0.09 < z < 3.45$的24个DLA中没有一个具有特别低的覆盖因子，在$z > 1.5$的14个DLA具有$f \sim 0.45 - 1$，在$z < 1$的10个系统具有$f \sim 0.41 - 1$，并且在两个子样本中具有一致的覆盖因子分布。因此，在高- $z$ DLA中观察到的HI 21 cm吸收的检测不足不能用低覆盖因子来解释，而是可能由于这些吸收体中较大比例的暖HI而出现。
2009-03-25 astro-ph.CO
Lyman-$α$ constraints on freeze-in and superWIMPs
众所周知，来自冻结或超级WIMP生产的暗物质（DM）会在宇宙学观测值上留下非冷DM签名。我们从莱曼- $α$森林观测这两种情况下，重新解释现有的莱曼- $α$热暖DM限制的基础上，我们自己的约束。我们排除DM质量低于15千电子伏的冻结，在良好的协议与以前的文献，并提供了一个通用的较低的质量约束superWIMP，取决于母粒子衰变宽度。特别强调的是放在混合的情况下，从冻结和superWIMP的贡献同样重要。在这种情况下，宇宙学观测量上的印记可以显著偏离热暖DM。此外，我们提供了一个修改后的版本的玻尔兹曼代码类，DM分布的解析表达式，并适合DM的传递函数，占两种机制的生产。此外，我们还从$ΔN_\mathrm{eff}$测量中得到通用的约束，并表明它们不能与Lyman- $α$观测中产生的约束竞争。为了说明，我们将上述通用限制应用于彩色$t$通道介质DM模型，在这种情况下，通过散射和衰变以及superWIMP产生的冻结贡献可能是重要的。我们绘制出整个宇宙学上可行的参数空间，由莱曼- $α$观测，大型强子对撞机和大爆炸核合成的边界所限定。
2022-03-23 astro-ph.CO hep-ph
A metallicity-spin temperature relation in damped Lyman-$α$ systems
我们报告了自旋温度$T_s$和金属度[Z/H]之间的反相关性的证据，在26个阻尼莱曼- $α$吸收体（DLAs）的样品中检测到$3.6 σ$显著性，红移为$0.09 < z < 3.45$。在具有测量覆盖因子的20个DLAs的子样本中，在$3 σ$显著性下检测到反相关性，这意味着它并不源于低覆盖因子。我们从线性回归分析获得$T_s = (-0.68 \pm 0.17) \times {\rm [Z/H]} + (2.13 \pm 0.21)$。我们的研究结果表明，在DLAs中发现的高$T_s$值并不是由光学和无线电视线之间的差异引起的，而是可能反映了底层的气体温度分布。$T_s$和[Z/H]之间的趋势可以解释为，在具有高金属丰度的星系中，用于气体冷却的辐射路径的数量更大，导致了高的冷气体分数，因此，低的自旋温度。相反，低金属量星系的冷却路径较少，产生较大的暖气体部分和较高的$T_s$。大多数在$z>1.7$的DLA具有低金属丰度[Z/H] $< -1$，这意味着高$z$ DLA中的HI主要是温暖的. $T_s$和[Z/H]之间的反相关性与DLA中存在的质量-金属丰度关系一致，这是由DLA金属丰度和金属线的运动学宽度之间的紧密相关性所暗示的。大多数高$z$的DLA可能产生于低质量（$M_{\rm vir} < 10^{10.5} M_\odot$）、低金属丰度（[Z/H] $< -1…
2009-09-14 astro-ph.CO
Warm and Cold Dark Matter in Bouncing Universe
由于摆脱了初始奇点，弹跳宇宙学成为暴胀的一个有希望的替代方案。然而，在后反弹阶段的熵产生仍然不清楚。在这项工作中，我们使用一个新推出的DM候选人（EQFIDM），它可以直接冻结在热平衡反弹后不久，跟踪剩余弹跳场（RBF）的熵产生衰减过程。具体来说，我们提出了一个模型独立的形式主义，以获得所有九种可能类型的熵产生衰变的RBF在一个通用的弹跳宇宙，并表明，由于在不同类型的熵生产，这个新的候选人的粒子质量可以从sub-keV规模到super-TeV规模。利用Lyman- $α$森林模型对线性物质谱的观测，我们发现，虽然有四种类型被排除在外，但其余五种类型（它们表明具有有效熵产生的冷暖EQFIDM候选者）与当前观测相适应。然后，我们说明了如何RBF的性质可以约束当前的观察和EQFIDM缓解小规模危机的潜力。
2020-08-24 astro-ph.CO
Effect of Separate Initial Conditions on the Lyman-$α$ Forest in Simulations
使用一组高分辨率的模拟，我们通过莱曼- $α$森林的IGM的探针上的物种特异性的初始传递函数的效果进行量化。我们主要研究H~{ \sc i}再电离后的红移$2-6$。我们探讨这些初始条件的影响措施的热状态的低密度IGM：曲率，多普勒宽度截止，多普勒宽度分布。我们还研究了物质和通量的功率谱，以及对暖暗物质模型的约束的潜在后果。我们发现，曲率统计是在$\approx2\%$水平在$z=6$的影响最大。多普勒宽度截止参数受$\approx5\%$（截距）和$\approx8\%$（拟合斜率）的影响，尽管这对样本变异次显性。多普勒宽度分布在$z=3$处显示出$\approx30\%$效应，然而，该分布并不完全收敛于模拟盒大小和分辨率。在高红移和小尺度下，通量功率谱受$\approx5\%$的影响最大。我们讨论了数值模拟参数的收敛性。
2021-03-12 astro-ph.CO
Warm dark matter does not do better than cold dark matter in solving small-scale inconsistencies
在过去的十年中，热暗物质（WDM）已被反复提出作为替代方案的标准冷暗物质（CDM）之一，可能解决CDM模型和小尺度观测之间的几个分歧。在这里，我们重新考虑最重要的CDM小规模的差异，在最近的观测WDM的限制。因此，我们发现，一个传统的热（或热类）WDM宇宙学的粒子质量与莱曼- $α$协议是几乎无法区分的CDM在相关的尺度上，因此未能减轻任何小尺度的问题。这种失败的原因是传统WDM的功率谱下降得太快。为了保持WDM作为一个显着不同的替代CDM，更先进的生产机制，导致多个暗物质组件或逐渐减少的小规模功率谱必须考虑。
2014-12-08 astro-ph.CO
The Non-Linear Matter Power Spectrum in Warm Dark Matter Cosmologies
我们调查的非线性演化的物质功率谱使用一个大的高分辨率N体/流体动力学模拟。在初始条件下的线性物质的功率不断修改，以适应温暖的暗物质粒子，诱导一个小规模的切断功率相比，标准的冷暗物质的情况。这种热遗迹的影响是在小尺度上处理的，k > 1 h/Mpc，z < 5，这对下一代莱曼α森林，弱透镜和星系团调查特别重要。我们量化的质量和红移的温暖的暗物质非线性物质的功率的依赖性，我们提供了一个拟合公式，这是准确的，在2%的水平低于z=3和质量m_wdm > 0.5 keV。重子物理（冷却，恒星形成和反馈配方）的作用，对温暖的暗物质诱导的抑制也被量化。此外，我们将我们的研究结果与晕模型进行了比较，并显示了它们对宇宙剪切功率谱的影响。
2011-10-26 astro-ph.CO
Impact of a Warm Dark Matter late-time velocity dispersion on large-scale structures
我们调查了在暖暗物质场景中预期的后期（在$z\leq 100$）速度色散是否会对宇宙网产生一些影响（即，在男性化光环之外）。我们认为有效的流体动力学方程，同意在线性水平上的Vlasov方程的分析与pressurelike长期。然后，使用基于微扰展开和球形动力学的分析方法，我们研究了该项对1 keV暗物质粒子的影响。我们发现，晚时间的速度色散的扰动尺度上的功率谱和晕质量函数的影响可以忽略不计。然而，它有一个显着的影响，在$z \sim 3$的密度对比度的概率分布函数的尺度小于$0.1 h^{-1}$ Mpc，对应于莱曼- $α$云。最后，我们注意到数值模拟应该从$z_i\geq 100$而不是$z_i \leq 50$开始，以避免低估低红移下的引力聚集。
2013-05-16 astro-ph.CO
Constraining the mass of light bosonic dark matter using SDSS Lyman-$α$ forest
如果宇宙中的暗物质中有很大一部分是由超轻标量场组成的，称为模糊暗物质（FDM），其质量为$m_a$ eV，那么它的德布罗意波长足够大，足以影响大尺度结构形成的物理学。特别是，相关的线性物质功率谱的截止修改银河系际介质（IGM）的结构在莱曼- $α$森林遥远的类星体探测的尺度。我们利用专门的宇宙学模拟，考虑到IGM的流体动力学研究这种效果。我们探索了量子压力的振幅FDM质量考虑这里，并得出结论，量子效应不应该修改显着的非线性演化的物质密度在相关的尺度上测量的莱曼- $α$通量功率，并为$m_a \geq 10^{-22}$ eV。我们推导出$m_a$和质量的热暖暗物质（WDM）模型，最适合莱曼- $α$森林数据之间的标度律，并从一个简单的线性外推推断显着不同。通过将FDM模拟与BOSS调查确定的$α$通量功率谱进行比较，并对相关干扰参数进行边缘化，我们排除了95%CL下$10^{-22} \leq m_a < 2.3\times 10^{-21}$ eV范围内的FDM质量。添加更高分辨率的$α$光谱将排除范围扩展到$2.9\times 10^{-21}$ eV。这对FDM模型提供了显著的约束，FDM模型被定制为解决$Λ$ CDM的“小规模问题”。
2017-08-21 astro-ph.CO
Lyman-alpha Constraints on Ultralight Scalar Dark Matter: Implications for the Early and Late Universe
我们调查标量暗物质（DM）的限制，通过分析莱曼α森林，探测结构形成在中小尺度，并通过研究其宇宙学后果在高和低红移。对于占总DM密度30%以上的标量DM，我们得到标量DM质量的下限m >~ 10^{-21} eV。这意味着初始场位移（或类轴子场的衰变常数）的上限为φ <~ 10^{16} GeV。我们还导出了宇宙暴胀的能量标度极限，并在标量DM存在的情况下建立了张量标量比r < 10^{-3}的上限。此外，我们表明，有非常小的空间，超轻标量DM解决“小规模危机”的冷DM不破坏莱曼α森林的结果。本文提出的约束条件可用于检验包含光标量场的一般理论。
2017-12-15 astro-ph.CO hep-ph hep-th
First stars in Damped Lyman Alpha systems
为了表征阻尼莱曼阿尔法系统（DLAs）潜在的主机第一恒星，我们提出了一种新的方法来调查DLAs在银河系（MW）形成的背景下，随着它们与最贫金属的恒星和本地矮球状（dSPH）星系的连接。将已有的合并树方法推广到非均匀再电离和金属混合，并通过匹配星系晕的金属丰度分布函数和dSph星系的Fe-光度关系进行了验证.该模型解释了DLAs的NHI-Fe关系以及[Fe/H] < -2体系的化学丰度。在这张照片中，最近发现的z_abs ~ 2.34 C增强的DLA（Cooke et al. 2011 a）属于一类新的吸收体，它承载着第一颗恒星和第二代长寿的低质量恒星。这些“PopIII DLAs”是Mh ~ 10^7 Msun的H2冷却微晕的后代，在MW环境的中性原始区域中，在z > 8时发生维里化，并在恒星形成的初始阶段很短的时间内被动地演化。在这些系统中的气体是温暖的Tg \sim（40-1000）K，并且由长寿命的、极端贫金属的恒星（总质量为M* \sim 10^{2-4} Msun）强烈富集C。
2011-11-28 astro-ph.CO
ETHOS - an Effective Theory of Structure Formation: detecting dark matter interactions through the Lyman-$α$ forest
我们进行了一系列的宇宙学流体动力学模拟来研究非引力暗物质（DM）相互作用对星系际介质（IGM）的影响。特别是，我们使用ETHOS框架（Cyr-Racine et al. 2016; Vogelsberger et al. 2016）将冷暗物质（CDM）中的$α$森林的统计数据与另一种模型进行比较，在该模型中，DM与早期宇宙中的相对论物种强烈耦合。这些模型的特点是在线性功率谱的截止，其次是一系列的“暗声振荡”（DAO）的次矮尺度。虽然原始截止延迟了第一个星系的形成，但与CDM相比，相互作用DM模型中的结构建立得更快。我们表明，虽然DAO在$z\lesssim10$的DM的非线性聚类中被迅速洗掉，但它们的签名可以在$z>5$的莱曼- $α$通量功率谱中被显著地印记。在尺度大于截止（$k\sim0.08$ s/km的特定模型考虑在这里），CDM的相对差异是让人想起一个温暖的暗物质（WDM）模型与类似的初始截止;然而，红移的演变在较小的尺度上是明显不同的。DAO在Lyman- $α$通量谱中的出现和消失提供了一种强有力的方法来区分相互作用的DM模型和WDM，事实上，IGM的热历史的变化也可能引起小规模的截止。
2019-05-30 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
Novel constraints on non-cold (non-thermal) Dark Matter from Lyman-$α$ forest data
在本文中，我们提出了一个有效的方法来约束热和非热暗物质（DM）的莱曼- $α$森林的情况下，基于一个简单而灵活的参数化能够重现一个大的非冷DM（nCDM）模型的小规模集群信号。我们提取新的限制DM的基本属性，通过广泛的分析高分辨率，高红移的数据得到的MIKE/HIRES光谱仪。通过使用一个大的套件的流体动力学模拟，我们确定天体物理，宇宙学和nCDM参数的约束条件，通过执行一个完整的蒙特卡罗马尔可夫链（MCMC）分析。我们获得了一个边际化的上限上的最大可能的规模，在该规模下，几乎任何nCDM的情况下诱导的功率抑制可以发生，即$α<0.03~{\rm{Mpc}}/h$（2 $σ$ C.L.）。我们明确描述了如何测试几个最可行的nCDM方案，而不需要运行任何特定的数值模拟，由于新的参数化建议，并由于一个新的计划，宇宙学模型之间的插值探索。标准热温DM模型的线性物质功率谱的形状似乎处于温和的张力（$\sim 2σ$ C.L.）与非热情景相比。我们表明，DM流体组成的温暖（热）和冷的组件也在紧张的莱曼- $α$森林，至少对于大$α$值。这是第一个研究，允许探测线性小尺度形状的DM功率谱的一个大的nCDM模型集。
2018-10-16 astro-ph.CO hep-ph
Analytical warm dark matter power spectrum on small scales
利用约化相对论气体（RRG）模型，解析地确定了小尺度下暖暗物质（WDM）的物质功率谱$k>1\ h\text{/Mpc}$ . RRG是理想相对论气体的简化模型，但在宇宙学背景下非常精确。在另一项工作中，我们已经表明，对于典型的允许质量的暗物质粒子，$m>5\ \text{keV}$，高阶多极，$\ell>2$，在爱因斯坦-玻尔兹曼方程组是可以忽略的尺度上$k<10\ h\text{/Mpc}$。因此，我们可以使用理想流体框架来跟踪WDM的扰动，状态方程和扰动的声速由RRG模型给出。我们推导了一个类似于Mészáros方程的WDM方程，并在辐射、物质和暗能量占主导地位的时代解析求解。结合这些解，我们得到了一个表达式，它确定了WDM扰动值作为红移和波数的函数。在此基础上，我们构造了小尺度WDM的物质功率谱和传递函数，并与Lyman- $α$森林观测的结果进行了比较。除了是一个明确的和教学的分析发展，以了解WDM扰动的演变，我们的功率谱的结果是一致的，所考虑的观测和其他决定的温暖程度的暗物质粒子。
2022-02-10 astro-ph.CO
Stringent constraints on the H I spin temperature in two z > 3 Damped Lyman-alpha systems from redshifted 21 cm absorption studies
阻尼莱曼α吸收体的物理性质及其演化与星系形成和演化理论密切相关，具有重要的宇宙学意义。H I 21 cm吸收研究是测量这些系统的温度的一种有用的方法。在这项工作中，两个阻尼莱曼-α吸收体在z > 3的温度非常强的约束来自低射频观测。H I自旋温度被发现是大于2000 K的吸收剂。这些高红移系统的高自旋温度与其他阻尼莱曼α吸收体的温度汇编中发现的趋势一致。我们还认为，温度-金属丰度的关系，在文献中较早报道，是不太可能是一个虚假的视线效应，和红移的自旋温度的演变不会出现由于选择效应。所有这些都与阻尼莱曼α系统中暖气体部分的红移演化相一致。
2013-08-20 astro-ph.CO astro-ph.GA
Using the redshift evolution of the Lyman-$α$ effective opacity as a probe of dark matter models
Lyman-$α$森林数据被认为是小尺度物质能量的一个很好的探测器.在本文中，我们从Lyman-$α$数据中探索了可观测的有效光学厚度$τ_{\rm eff} (z)$的红移演化，作为小尺度上不同于$Λ$ CDM模型的暗物质模型之间的一个过渡。我们考虑热暖暗物质（WDM）和超轻轴子（AXION）模型，参数如下：AXION的质量，$m_a \simeq 10^{-24}\hbox{--}5 \times 10^{-22} \, \rm eV$和WDM质量，$m_{\rm wdm} = 0.1 \hbox{--} 4.6 \, \rm keV$。我们模拟的视线HI密度和速度场使用半解析方法。替代暗物质模型的模拟有效光学深度偏离$Λ$ CDM模型的$z \gtrsim 3$，这提供了一个有意义的探测小尺度的物质功率。使用似然分析，我们比较了模拟数据与高分辨率的Lyman-$α$森林数据的红移范围$2 < z < 4.2$。分析得出以下1个关于暗物质质量的$σ$边界：$m_{\rm wdm} > 0.7\, {\rm keV}$和$m_{\rm a} > 2 \times 10^{-23} \, {\rm eV}$。为了进一步测试我们提出的方法的有效性，我们模拟了红移范围$2 \leq z \leq 6.5$中与$Λ$ CDM模型兼容的合成数据集，并与理论进行比较。获得的1个$σ$边界明显…
2021-10-09 astro-ph.CO
One likelihood to bind them all: Lyman-$α$ constraints on non-standard dark matter
最近的宇宙学紧张局势重新点燃了对$Λ$ CDM之外的模型的搜索，这些模型会导致物质功率谱的抑制。由于Lyman- $α$数据可访问的尺度较小，因此它们是探测此类模型的极好的附加工具。在这项工作中，我们扩展了一个最近开发的方法，使用莱曼$α$数据来约束功率谱抑制所造成的几乎任何混合物的冷和非标准的暗物质。我们强调了在开发相应的可能性时所涉及的步骤，这些可能性将在本作品出版时公开发布。我们研究了三个模型抑制功率谱的例子，即弱相互作用的暗物质，与重子相互作用的暗物质，以及混合冷+暖暗物质。后两个可以很好地约束从莱曼- $α$数据，我们得到新的结论，宇宙学允许的参数空间，包括发现一个温和的偏好，非零之间的相互作用暗物质和重子。在这些模型上获得的约束的一致性突出了这里开发的可能性的鲁棒性和灵活性。
2022-06-16 astro-ph.CO hep-ph
Diffuse Far-UV Line Emission from the Low-Redshift Lyman Break Galaxy Analog KISSR242
我们提出了新的紫外线（UV）观测的发光紧凑的蓝色星系KISSR 242，获得与HST COS。我们确定多个解决亚弧秒近紫外源内COS光圈。远紫外光谱数据显示出强烈的外流吸收线，与大规模恒星形成的插曲相关的反馈过程相一致。在平均流出速度v_{out} = -60 km/s时观察到OI、CII和SiII-SiIV。我们还首次在一个低红移的星暴星系中探测到了单电离硅的微弱精细结构发射线。这些辐射以前曾在z ~ 3的深莱曼break星系巡天中看到过。的SiII* 线是在星系的静止速度，他们表现出定量不同的线轮廓的吸收功能。这些谱线的宽度约为75 km/s，对于像单个星团周围的HII区这样的点状发射源来说太宽了。SiII* 发射区的大小估计为~ 250 pc。我们讨论了这种发射产生重叠的超级星团HII地区的可能性，但发现这种解释是不太可能在现有的远紫外线观测本地恒星形成星系。我们认为，所观察到的SiII* 发射起源于一个弥漫的温暖的晕填充星际气体驱动出激烈的恒星形成和/或吸积在最近的相互作用，可能是目前的星暴情节在KISSR 242。
2010-09-08 astro-ph.CO
C II radiative cooling of the Galactic diffuse interstellar medium: Insight about the star formation in Damped Lyman-alpha systems
远红外[C II] 158微米精细结构转变被认为是星际介质中的主要冷却剂。因此，在热稳态的假设下，它可以用来推断局部以及高红移系统中的加热速率，进而推断恒星形成速率。在这项工作中，银河系星际介质的无线电和紫外线观测被用来了解C II是否确实是一个很好的恒星形成率的示踪剂。对于银河系高纬度视线的样本，温度的直接测量表明C II存在于弥漫的星际气体的冷相和暖相。即使在银河系的高纬度，冷气体部分（约占总中性气体柱密度的10 - 50%）也不可忽略。结果表明，正确估计的恒星形成率，C II冷却在这两个阶段，因此应该考虑。简单的假设，即[C II]线只起源于冷相或暖相，分别大大低估或高估了恒星形成率。这些结果是特别重要的背景下，阻尼莱曼α系统，一个类似的方法是经常被用来估计恒星形成率。在这种情况下，如果所考虑的气体温度没有独立的约束，那么导出的恒星形成率可能是不可靠的。
2016-06-15 astro-ph.CO astro-ph.GA
3D matter power spectrum correspondence to 1D Lyman-alpha flux power spectrum
本研究针对Lyman-alpha森林流量功率谱与三维暗物质功率谱关联复杂的问题，提出一种唯象映射方案，经多类暗物质模拟验证，可在宽参数空间内准确估计流量功率谱，助力暗物质性质约束。
2025-05-20 astro-ph.CO
An emulator for the Lyman-$α$ forest in beyond-$Λ$CDM cosmologies
解释观测的莱曼- $α$森林通量功率谱需要少量昂贵的模拟之间的插值。我们提出了一个高斯过程仿真器建模的1D通量功率谱的小尺度线性物质功率谱的振幅和斜率的函数，和感兴趣的时代（$2 < z < 4$）的星系际介质的状态。这种参数化使扩展的宇宙学模型中的通量功率谱的预测，没有明确包括在训练集中，消除了需要构建定制的仿真器的一些扩展到$Λ$ CDM。我们的模拟器是适当的宇宙学中的线性物质功率谱被描述为百分比水平的准确性，只是一个振幅和斜率跨越时代的利益，并在该制度探测的eBOSS/DESI数据。我们证明了这一点的大规模中微子宇宙学，模拟器是能够预测的通量功率谱在$Σm_ν=0.3$ eV中微子宇宙学次百分之准确度，不包括大规模中微子的训练模拟。需要更多的参数来描述具有线性幂的尖锐特征的模型，例如温暖或轻的轴子暗物质。这项工作将促进即将到来的DESI数据与宇宙微波背景的观测相结合，以获得中微子质量和其他扩展$Λ$ CDM宇宙学的约束。
2021-05-14 astro-ph.CO
Constraining the Lyman Alpha Escape Fraction with Far-Infrared Observations of Lyman Alpha Emitters
我们研究了498莱曼阿尔法发射器（LAEs）在z=2.8，3.1和4.5在扩展的钱德拉深场南，使用250，350和500微米的数据从赫歇尔多层河外巡天（HerMES）和870微米的数据从LABOCA ECDFS亚毫米波调查（LESS）。分别在z=2.8、3.1和4.5处的126、280或92个LAE中没有一个在远红外数据中单独检测到。我们使用叠加探测平均发射到更深的通量极限，达到$1σ$深度~0.1至0.4毫焦耳。在叠层中的$\ge3σ$处也未检测到LAE，尽管对于z=2.8的源在870微米处观察到$2.5σ$信号。我们考虑了广泛的远红外光谱能量分布（SED），包括M82和Sd星系模板，以确定LAEs的远红外光度和远红外衍生恒星形成率的上限。然后将这些恒星形成率与从Ly $α$和UV发射推断的恒星形成率相结合，以确定LAEs Ly $α$逃逸分数（$f_{\rm esc}($ Ly $α$）的下限。对于Sd SED模板，推断的LAE（$f_{\rm esc}($ Ly（$α$））在z=2.8、3.1和4.5处为$\gtrsim30%$（$1σ$），其在这些红移处均显著高于全局$f_{\rm esc}($ Ly（$α$）。因此，如果LAEs（$f_{\rm esc}($ Ly $α$）遵循全球演化，那么它们的远红外SED比Sd星系模板更温暖。平均值和M82 SED产生的LAE $f_…
2014-03-19 astro-ph.CO
Cos observations of metal line and broad lyman alpha absorption in the multi-phase o vi and ne viii system toward he 02226-4110
本文利用类星体HE 0226-4110（zem = 0.495）在1134 - 1796光年的观测资料，用分辨率为17 km s-1，单位分辨率信噪比为20 - 40的宇宙起源摄谱仪（COS）研究了z = 0.20701的O-VI和Ne-VIII多相吸收系统。该系统以前研究了较低的S/N观测与FUSE和STIS。COS观测提供了更可靠的H I和金属线的测量，并揭示了宽莱曼α（BLA）吸收的明显存在，b = 72（+13，-6）km s-1，logN（H I）= 13.87 \pm 0.08。探测与暖气体吸收体相关的BLA对于确定吸收体的温度、金属丰度和重子总含量至关重要。BLA可能记录了log T ~5.7的碰撞电离等离子体中的痕量热增宽H I，它也产生了O VI和Ne VIII吸收。碰撞电离气体中的总氢柱logN（H）~ 20.1，超过系统中较冷的光电离气体中的总氢柱约22倍。碰撞电离气体中的氧丰度为[O/H] = -0.89 \pm 0.08 \pm 0.07。这个吸收体可能出现在一个前景盘星系的环星系环境（晕）中，该星系的L = 0.25 L *，其碰撞参量为109 h 70 -1 kpc，由Mulchaey & Chen（2009）确定。
2011-11-07 astro-ph.CO
Massive Milky Way Satellites in Cold and Warm Dark Matter: Dependence on Cosmology
我们调查的索赔，最大的subhaloes在高分辨率无耗散冷暗物质（CDM）模拟银河系的动态不一致的观测最明亮的卫星。我们发现，这种不一致性主要是由于在产生过早形成的卫星的不一致模拟中采用了较大的σ_8和n_s值，因此过于密集。我们发现观测和模拟之间的紧张关系，采用与WMAP 9一致的参数，大大减少了卫星CDM的敏感测试。我们发现通过Lactea II晕是非典型的晕在WMAP 3宇宙学中，我们归因于其形成时代比其质量的平均值的差异。我们还探讨了温暖的暗物质（WDM）宇宙学的1- 4千电子伏的热遗迹。在1千电子伏的宇宙学subhaloes有圆速度在kpc尺度~ 60%低于他们的CDM同行，但减少了只有10%，在4千电子伏的宇宙学。由于银河系卫星和莱曼-α森林数量的限制，排除了< 2-3 keV的遗迹质量，因此WDM在降低大质量卫星的密度方面作用较小。由于银河系的质量和形成时代的不确定性，需要减少与重子效应或WDM的卫星密度减轻。
2013-10-01 astro-ph.CO
The inner structure of haloes in Cold+Warm dark matter models
我们分析了冷加暖暗物质宇宙学（CWDM）中暗物质晕的性质。我们研究了它们对热粒子的分数和速度色散的依赖性，保持自由流尺度固定。为此，我们考虑三种具有相同自由流的模型：（1）90% CDM和10% WDM的混合物，质量为1 keV;（2）50% CDM和50% WDM的混合物，质量为5 keV;（3）纯WDM，质量为10 keV。“暖”粒子重新调整了费米-狄拉克原始速度谱（就像非共振产生的无菌中微子一样）。我们比较了这些模型之间的晕的性质，并与LCDM具有相同的宇宙学参数。我们证明，虽然这些模型具有相同的自由流长度和物质谱的抑制是相似的尺度探测莱曼-α森林同动波数k<3-5 h/Mpc），所产生的性质与质量低于1 e11 Msun的晕是不同的，由于不同的行为，在较小的尺度上的物质功率谱。特别是，我们发现，虽然星系的数量保持不变，在LCDM的情况下，他们的密度分布变得不那么集中，因此在更好的协议与目前的观测限制。我们的研究结果意味着，这些模型的一个单一的参数（如自由流长度）的描述是不够的，以充分捕捉他们的结构形成过程中的影响。
2012-10-01 astro-ph.CO
First constraints on fuzzy dark matter from Lyman-$α$ forest data and hydrodynamical simulations
我们提出了限制质量的非常轻的玻色子称为模糊暗物质从莱曼- $α$森林数据。德布罗意波长为$\sim 1$ kpc的极轻玻色子被认为是暗物质的候选者，可能解决当前冷暗物质模型的一些小尺度问题。我们首次利用流体动力学模拟方法模拟了这些模型中的Lyman- $α$通量功率谱，并与两个不同数据集（XQ-100和HIRES/MIKE类星体谱样本）观测到的通量功率谱进行了比较。在对干扰和物理参数进行边缘化处理后，并对IGM的热历史进行保守假设，允许温度跳变高达$5000\rm\,K$，XQ-100提供了7.1 $\times 10^{-22}$ eV的下限，HIRES/MIKE返回了14.3 $\times 10^{-22}$ eV的更强限值，而两个数据集的组合导致20 $\times 10^{-22}$ eV（2 $σ$ C.L.）的限值。合并数据集的分析限值增加至37.5 $\times 10^{-22}$ eV（2 $σ$ C.L.）当一个更平滑的热历史，其中IGM的温度演变为一个幂律的红移假设。我们的分析排除了$1-10 \times10^{-22}$ eV范围内的轻玻色子质量，这使人们强烈怀疑FDM有助于解决冷暗物质模型的“小尺度危机”。
2017-07-21 astro-ph.CO hep-th
Shedding light on the small-scale crisis with CMB spectral distortions
小规模的危机，观测和N体模拟之间的差异，可能意味着抑制物质波动的亚星系距离尺度。这种抑制可能是由一些早期宇宙机制引起的（例如，在暴胀期间破坏尺度不变性），导致在辐射支配时代开始时原始功率谱的修改。或者，这可能是由于非平凡的暗物质特性（例如，新的暗物质相互作用或温暖的暗物质），其在扰动重新进入视界之后的辐射支配期间的后期影响物质功率谱。我们表明，早期和晚期的抑制机制可以区分由测量的$μ$失真的频谱的宇宙微波背景。这是因为，如果功率抑制是原始的，则相对于标准的几乎尺度不变的波动的耗散所期望的值，$μ$失真被抑制。我们强调，即使暗物质效应发生在产生$μ$畸变的时代（红移$5\times 10^4 \lesssim z \lesssim 2\times 10^6$）之前或期间，$μ$畸变的标准预测在晚时间情景中仍然保持不变。
2017-06-28 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Astrophysical constraints on resonantly produced sterile neutrino dark matter
共振产生的无菌中微子被认为是一种有吸引力的暗物质候选者，只需要对粒子物理学的标准模型进行最小的、有充分动机的扩展。由于粒子质量限制在keV范围内，无菌中微子是暖DM的主要候选者，其特征是在最小的可观测尺度上抑制物质扰动。在本文中，我们采取的有效性的共振的情况下，从结构形成的约束的关键看。我们比较预测和观察到的牛奶路卫星的数量，我们引入了一种新的方法来概括现有的莱曼- $α$限制的基础上热遗迹温暖DM的情况下，共振无菌中微子DM。最严格的限值来自Lyman- $α$分析，不包括X射线观察仍然允许的整个参数空间（2- $σ$置信水平）。来自Milky-Way卫星计数的限制不那么严格，为共振无菌中微子DM留下了空间，最明显的是在7.1 keV的建议线信号周围。
2016-04-29 astro-ph.CO hep-ph
Lyman-$α$ Forest Constraint on Dark Matter from Dark Sector Decay
School of Physics, East China University of Science and Technology（华东理工大学物理学院）；School of Physics and Astronomy, Sun Yat-sen University (Zhuhai Campus)（中山大学珠海校区物理与天文学院）
通过Lyman-α森林观测研究暗物质从暗部门衰变的约束，结合大爆炸核合成数据，限制亚GeV暗物质质量，排除轻于10^-1 GeV的可能。
2026-07-20 astro-ph.CO hep-ph
Constraining Mixed Dark Matter models with high redshift Lyman-alpha forest data
本研究利用Sherwood-Relics模拟和神经网络模拟器加速贝叶斯推断，通过高红移莱曼-α森林数据对冷+温暗物质模型给出严格约束，发现CWDM可缓解S8张力。
2025-08-27 astro-ph.CO hep-ph hep-th
The Case Against Warm or Self-Interacting Dark Matter as Explanations for Cores in Low Surface Brightness Galaxies
暖暗物质（WDM）和自相互作用暗物质（SIDM）通常是由低表面亮度（LSB）星系的暗物质晕中推断出的核心激发的。我们测试热WDM，非热WDM，和SIDM使用高分辨率的旋转曲线的9个LSB星系。我们拟合这些暗物质模型的数据，并确定晕核半径和中心密度。虽然WDM模型中的最小核心尺寸预计将减少晕质量，我们发现，推断的核心半径增加晕质量，也不能用一个单一的原始相空间密度值来解释。此外，如果核心的大小是由WDM粒子属性，那么即使是最小的核心，我们推断将需要原始相空间密度值的数量级小于从莱曼α森林功率谱得到的下限。我们还发现，暗物质晕核密度的变化从一个系统到另一个系统的约30倍，而没有显示出系统的趋势与星系的最大旋转速度。这强烈反对核心大小直接由暗物质的大的自相互作用（散射或湮灭）决定。因此，我们得出结论，推断的核心不提供动机，更喜欢WDM或SIDM比其他暗物质模型。
2010-02-17 astro-ph.CO
Warm Dark Matter meets Cold Dark Matter Isocurvature
本文提出蓝倾斜冷暗物质等曲率扰动可放宽暖暗物质质量下限至600 eV，并通过N体模拟评估其对小尺度结构的影响。
2025-08-05 astro-ph.CO
Inverse Seesaw Model with a Modular $S^{}_4$ Symmetry: Lepton Flavor Mixing and Warm Dark Matter
本文系统地研究了基于模$S^{}_4$对称性的中微子质量和味混合的简单反跷跷板模型。引入两个右手中微子和三个额外的费米子单态，通过反跷跷板机制解释轻中微子质量，并提供一个keV质量的无菌中微子作为宇宙中暖暗物质的候选者.考虑所有可能的模形式，重量不大于4，我们得到了12个模型，其中我们发现一个是在良好的协议与观察到的轻子质谱和味道混合。此外，我们还考虑了对$X$射线的直接搜索和对Lyman- $α$的观测，探讨了无菌中微子质量和混合角的允许范围。中微子混合参数和暗物质丰度的模型预测将在未来的中微子振荡实验和宇宙学观测中得到检验。
2021-09-30 astro-ph.CO hep-ph
Cold or Warm? Constraining Dark Matter with Primeval Galaxies and Cosmic Reionization after Planck
暗物质构成了宇宙中绝大多数的物质，但它的微观本质仍然是一个有趣的谜，对粒子物理学，天体物理学和宇宙学有着深远的影响。在这里，我们揭示了长期存在的问题，无论是暗物质是温暖或寒冷的结合测量星系光度函数的高红移z~10从哈勃太空望远镜与最近的宇宙学数据的再电离历史的宇宙从普朗克任务。我们推导出强大的和严格的边界上的温暖的暗物质粒子的质量，发现目前的数据需要它在2和3千电子伏之间的狭窄范围。此外，我们表明，不超过3千电子伏的质量也同时表明与银河系大小的星系中的卫星的本地数量的天体物理约束，虽然它是在边缘的莱曼α森林的分析紧张。对于质量超过3 keV的暖暗物质和冷暗物质，为了满足普朗克对光学深度的约束，并且不遇到卫星问题，需要调用天体物理过程，抑制质量M_H<几个10^8 M_sun的晕中的星系形成，对应于极限UV星等M_UV~-11。无论如何，我们预测了星系光度函数在M_UV~-12的z~8附近的下降，并强调其详细的形状对粒子物理和小晕中星系形成的天体物理都是非常有用的。这些期望将通过哈勃前沿场和詹姆斯韦伯太空望远镜的出现进行测试，这将使探测星系光度函数的非常微弱的一端达到z~8-10。
2015-08-10 astro-ph.CO
Lyman-alpha emission properties of simulated galaxies: interstellar medium structure and inclination effects
[摘要]目的。本文的目的是评估的影响的星际介质（ISM）物理莱曼α（Lya）辐射传输和量化的星系方向相对于视线改变观测签名。方法.我们比较了Lya辐射传输的计算结果，通过ISM的几个理想化的星系模拟与不同的ISM模型。结果首先，ISM的小尺度结构化在形成星系的Lya性质中起着决定性的作用，G1的ISM人为地温暖，因此是平滑的，在Lya线中心产生了50%的逃逸分数，并产生对称的双峰轮廓。相反，在G2中，大多数年轻恒星都嵌入在厚厚的恒星形成云中，结果是逃逸分数低了10倍。G2还显示出更强的外流速度场，这有利于红移光子的逃逸，从而导致不对称的Lya线。其次，G2的Lya性质强烈依赖于它被观察到的倾斜度：从边缘到正面，线从具有-5埃的等效宽度的双峰轮廓变为具有EW 90埃的15倍更明亮的红移非对称线。结论. Lya辐射传输计算只能在星系被分解为巨大分子云的模拟中产生真实的性质，使这些计算超出了当前大规模宇宙学模拟的范围。最后，我们发现Lya光子的倾斜效应要比连续辐射强得多。这可能会在窄带Lya发射器调查的选择函数中引入严重的偏差，这确实可能会错过高z星系群的很大一部分。
2012-08-23 astro-ph.CO
The Effect Of AGN Heating On The Low-Redshift Lyα Forest
利用Illustris模拟研究了活动星系核加热和紫外背景对低红移Lyman- $α$森林柱密度分布的影响。我们表明，Illustris再现观测$z =0.1$在列密度范围$10^{12.5} - 10^{13.5}$ cm $^{-2}$，相关的“光子生产不足的危机。“我们将此归因于AGN反馈的包含，它改变了气体分布，以模拟额外光子的影响，以及Faucher-Giguère紫外背景的使用，它在$z=0.1$比以前考虑的Haardt & Madau背景更电离。我们表明，运行与平滑粒子流体动力学和模拟使用移动网格的模拟之间的差异是小的，在此列密度范围内，但可以更显着在较大的列密度。我们进一步考虑了超新星反馈、Voigt轮廓拟合和有限分辨率的影响，所有这些对CDD的影响都很小。最后，我们确定了我们的模拟和观测之间的差异，在柱密度$10^{14} - 10^{16}$ cm $^{-2}$，其中Illustris产生太少的吸收体，这表明活动星系核反馈模型应进一步完善。由于“光子生产不足危机”主要影响低柱密度系统，我们得出结论，活动星系核反馈和标准电离背景模型可以解决危机。
2017-02-07 astro-ph.CO astro-ph.GA
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
Distinguishing the nature of dark matter by mapping cosmic filaments from Lyman-alpha emission
Beijing Normal University（北京师范大学）；Zhengzhou University（郑州大学）；Chinese Academy of Sciences（中国科学院）；Westlake University（西湖大学）；Anqing Normal University（安庆师范大学）
通过Lyman-alpha发射在红移z=2.5和z=4时追踪宇宙丝束，研究其对区分暗物质本质的观测潜力。
2026-08-17 astro-ph.CO astro-ph.GA
On the Absence of High Metallicity-High Column Density Damped Lyman Alpha Systems: Molecule Formation in a Two-Phase Interstellar Medium
我们认为，缺乏观察到的阻尼莱曼α（DLA）系统，同时具有高HI列密度和高金属性的结果自然从形成的分子在冷相的两相原子介质中的压力平衡。我们的结果同样适用于扩散系统中的紫外线辐射场主要是由河外背景和密集的恒星形成的，其中本地辐射场可能是数量级更高。我们指出，需要这样的辐射不敏感模型来解释使用伽马射线暴余辉观察到的DLA中不存在高柱-高金属丰度系统，因为这些系统可能会受到伽玛射线暴宿主星系中活跃恒星形成产生的强辐射场的影响。此外，我们发现，在DLAs中的最大原子气柱之间的关系设置了一个坚定的上限，在这些系统中，可以在温暖的，扩散相的质量分数。最后，我们认为，我们的结果解释了观察到的缺乏原位恒星形成DLA系统。
2009-07-17 astro-ph.CO astro-ph.GA
Hints, neutrino bounds and WDM constraints from SDSS DR14 Lyman-$α$ and Planck full-survey data
Ly-$α$森林的一维通量功率谱是探测宇宙学参数的有力工具.假设一个包含大质量中微子的$Λ$ CDM宇宙学，我们发现最新的SDSS DR 14 BOSS和eBOSS Ly-$α$森林数据与当前对$(Ω_m, σ_8)$的弱透镜约束非常一致，并且与普朗克有同样小的张力水平。我们没有确定一个系统的影响，可以解释这个小的张力的数据分析，但我们表明，它可以减少在扩展的宇宙学模型中的光谱指数是不一样的非常不同的时间和尺度探测CMB和Ly-$α$数据。一个特殊的例子是$Λ$ CDM模型，它包括了在大质量中微子之上运行的光谱指数。结合Ly- $α$和Planck数据，我们发现对负运行有轻微（3 $σ$）偏好，$α_s= -0.010 \pm 0.004$（68% CL）.中微子质量边界被发现是强大的对不同的假设。在运行的$Λ$ CDM模型中，我们发现对于组合的Ly-$α$和Planck（温度和偏振）数据，$\sum m_ν<0.11$ eV在95%置信水平下，或者当添加CMB透镜和BAO数据时，$\sum m_ν< 0.09$ eV。我们进一步提供了强大的和几乎独立于模型的热暖暗物质的质量上的界限。对于由限于$z<4.5$的SDSS数据与XQ-100 \lya数据组合组成的保守配置，我们发现$m_X > 5.3\;\mathrm{keV}$（95\%CL）。
2020-04-06 astro-ph.CO
$5 σ$ tension between Planck cosmic microwave background and eBOSS Lyman-alpha forest and constraints on physics beyond $Λ$CDM
研究发现普朗克CMB等数据与eBOSS莱曼α森林在功率谱推断上存在4.9σ张力，轴子或暖暗物质等模型扩展可缓解，DESI将助区分来源。
2025-01-23 astro-ph.CO hep-ph
