Intergalactic Magnetic Field constraints from detected very high-energy Gamma-Ray Bursts using the Cherenkov Telescope Array Observatory
Université Paris-Saclay, Université Paris Cité, CEA, CNRS, AIM（巴黎萨克雷大学、巴黎西岱大学、法国原子能与替代能源委员会、法国国家科学研究中心、天体物理学与仪器研究所）
本文通过模拟CTAO观测数据，利用光谱-时间拟合方法，研究CTAO在完全部署后对星际磁场强度的约束，显示其可探测至10^-15 G量级，并基于GRB 221009A观测支持3×10^-17 G的磁场强度。
2026-04-28 astro-ph.CO astro-ph.HE
First life in primordial-planet oceans: the biological big bang
基于流体引力动力学（HGD）宇宙学，提出了宇宙中第一个生命形成的设想。根据HGD理论，星系中的暗物质是在等离子体-气体转变温度3000 K时形成的，在百万太阳质量团（原球状星团PGC）中以H-He气体为主的行星（原始雾粒子PFP）。恒星是热气行星合并的结果。过度吸积导致恒星爆炸成为超新星，分散生命化学物质（C，N，O，P，S，Ca，Fe等）。到PGC星系团或更远的其他行星这些化学物质最初是通过合并PFP在约200万年时在铁镍核上形成H饱和、高压、临界温度647 K水的致密海洋而被重力收集的。星尘在一个由所有行星和它们的卫星组成的宇宙热海汤厨房中孕育了第一批生命，这些行星和卫星通过流星通讯，总重量超过10^100公斤。海洋冻结减缓了这一生物大爆炸约800万年。HGD宇宙学证实，生命的进化种子是通过霍伊尔-维克拉马辛哈彗星的胚种论散布在星系际尺度上的。因此，生命在像地球这样的行星上繁衍，否则这些行星将是不育的。
2010-09-19 astro-ph.CO
Modeling the Intergalactic Medium during the Epoch of Reionization
观测和理论宇宙学的一个主要目标是观察我们宇宙历史上第一个星系形成的基本上未被探索的时间段，并解释这些测量结果。早期的星系在再电离时期（EoR）通过光电离气体对周围星系际介质（IGM）中的气体产生了巨大的影响。这个时期可能跨越了宇宙时间的一段延长：电离区域在早期星系周围形成并增长，逐渐填充了宇宙体积的越来越大的部分。在某个时候--到目前为止还不确定，但在大爆炸后的第一个十亿年左右--基本上整个宇宙体积都充满了电离气体。IGM的性质提供了关于早期星系群的形成时间和性质的有价值的信息，因此许多研究第一个发光源的方法都是基于对周围星系际气体的测量。在未来十年内，改进IGM和早期星系群再电离时代观测的前景是突出的。基于此，我们回顾了再电离过程中IGM模型的现状。我们专注于几个关键方面的再电离时代的现象和描述：体积平均电离分数的红移演化，电离光子的源和汇的属性，以及模型描述的空间变化的电离分数，紫外辐射场，IGM的温度，和气体密度分布。
2015-11-04 astro-ph.CO
Dilution of chemical enrichment in galaxies 600 Myr after the Big Bang
在宇宙时间的最后12个Gyr中，星系遵循一个单一的、普遍的关系，将它们的恒星形成率（SFR）、恒星质量（$M_\star$）和化学丰度联系起来。偏离这些基本的比例关系意味着星系演化的过程发生了剧烈的变化。观测已经暗示，这种关系可能在非常早期的宇宙中被打破。然而，直到最近，星系的化学丰度只能可靠地测量到红移$z=3.3$。有了JWST，我们现在可以在红移$z=7-10$上描述大爆炸后最初几亿年内星系的SFR、$M_\star$和化学丰度。在这里，我们表明，在这个时代的星系遵循独特的SFR- $M_\star$ -主序列和质量金属丰度标度关系，但它们的化学丰度是一个因素的三个低于预期的基本金属丰度关系的后来的星系。这些发现表明，此时的星系仍然与星系际介质密切相关，并受到原始气体的持续流入，有效地稀释了它们的金属丰度。
2023-02-23 astro-ph.CO astro-ph.GA
A luminous quasar at a redshift of z = 7.085
星系际介质直到大爆炸后大约10亿年才完全被再电离，这是由红移小于6.5的类星体的观测所揭示的。然而，探测更高的红移是困难的，因为类星体在历史上是在光学巡天中被发现的，而光学巡天对红移超过6.5的源不敏感。在这里，我们报告了一个类星体（ULAS J112001.48+064124.3）的观测结果，红移为7.085，这是大爆炸后的7.7亿年。ULAS J1120+0461的光度为6.3x10^13 L_Sun，并拥有一个质量为2x10^9 M_Sun的黑洞（其中L_Sun和M_Sun是太阳的光度和质量）。ULAS J1120+0641周围的电离近区的测量半径为1.9兆秒差距，比红移在6.0和6.4之间的类星体的典型半径小三倍。近区透射剖面与Ly α阻尼翼一致，表明ULAS J1120+0641前方星系际介质的中性部分超过0.1。
2011-06-30 astro-ph.CO
A complete 3D numerical study of the effects of pseudoscalar-photon mixing on quasar polarizations
我们提出的三维模拟的结果，类星体偏振的赝标量光子混合存在的星系际介质。假设星系际磁场在波矢空间是不相关的，但在实空间是相关的。这样一个场，如果它的起源是原始的，就可以得到。此外，我们假设，类星体，位于宇宙学距离，有可忽略的初始偏振。在赝标量光子混合的存在下，我们表明，通过与观测的直接比较，这可以解释大爆炸宇宙学框架内观察到的类星体极化的大尺度排列。我们发现，模拟结果给出了一个相当好的拟合观测数据。
2012-03-15 astro-ph.CO hep-ph
A Rapidly Star-forming Galaxy 700 Million Years After the Big Bang at z=7.51
在几十个z > 7的候选星系中，只有5个通过莱曼α发射得到证实，z=7.008，7.045，7.109，7.213和7.215。这一小部分被确认的星系可能表明星系际介质（IGM）中的中性部分在z > 6.5时迅速上升，因为莱曼α被中性气体共振散射。然而，由于以前的观察样本小，深度有限，这些结论是试探性的。本文报道了对43个z > 6.5星系的深近红外光谱观测结果。我们只探测到一个星系，这证实了一些过程使得莱曼α难以探测。探测到的1.0343微米的发射线可能是莱曼α发射，使这个星系的红移z = 7.51，这是大爆炸后7亿年的一个时期。这个星系的颜色与重要的金属含量一致，这意味着星系迅速变得丰富。我们测量到令人惊讶的高恒星形成率为330 Msol/年，比银河系大100倍以上。这样一个星系在我们的规模调查中是出乎意料的，这表明早期宇宙可能拥有比预期更强烈的恒星形成场所。
2013-10-22 astro-ph.CO
The Baryon Census in a Multiphase Intergalactic Medium: 30% of the Baryons May Still Be Missing
对于低红移的宇宙学和星系形成速率来说，解释大爆炸中合成的所有重子是很重要的。尽管星系和星系团中含有10%的重子，但更多的重子存在于光电离的莱曼-α森林和T = 10^5 ~ 10^7 K的冲击加热的温热星系际介质（WHIM）中。WHIM在10^5至10^6 K的电流示踪剂包括O VI 1032、1038吸收线，以及宽莱曼α吸收体（BLA）和来自Ne VIII、O VII和O VIII的EUV/X射线吸收线。我们改进了O VI重子调查与修正的氧金属性（Z/Zsun）和O VI电离分数（f_OVI）使用宇宙学模拟的加热，冷却和金属输运的密度-温度结构的介质。从统计学上讲，它们的乘积与柱密度相关，（Z/Zsun）（f_OVI）=（0.015）（N_OVI/10^{14} cm^-2）^0.70。N_OVI加权平均值为0.01，这是WHIM重子含量先前估计的两倍。我们还重新分析了H I数据从哈勃太空望远镜，应用红移校正吸收体密度，光致电离背景，和适当的长度，dl/dz。我们发现大量的重子分数在光电离Lya森林（28 +/- 11%），O VI/BLA-traced WHIM（25 +/- 8%），和崩溃阶段（18 +/- 4%）在星系，集团，集群，和环星系气体。重子短缺为29 +/-13%，这可以在来自较热WHIM的X射线吸收体或较弱的Lya和O VI吸收体中检测到。进一步的进展将需要使用…
2012-05-14 astro-ph.CO
Inferring the Thermal History of the Intergalactic Medium from the Properties of the Hydrogen and Helium Lyman-alpha Forest
星系际介质（IGM）气体的起源于遥远类星体光谱中的莱曼α森林，它编码了关于结构形成的物理学信息和扩散重子物质的早期热力学。在这里，我们使用了一个庞大的套件的400多个高分辨率的宇宙流体动力学模拟运行的图形处理单元加速代码Cholla研究IGM在高空间分辨率保持在整个计算量。模拟捕捉范围广泛的可能的星系际气体的热历史，通过改变的幅度和时间的光加热和光电离背景所产生的恒星形成的星系和活动星系核。在2.2 <= z <= 5.0的整个范围内，将合成光谱与观测到的14个红移仓中氢的一维通量功率谱以及在2.4 < z < 2.9的范围内5个红移仓中氦的莱曼α不透明度进行统计比较，严格限制了IGM的光电离和光加热历史。通过利用现有的莱曼-阿尔法森林数据的约束力来打破模型简并，我们发现IGM经历了两个主要的再加热事件，从氢和氦的非平衡电离超过1.2 Gyr的宇宙时间。对于我们的最佳拟合模型，氢再电离在z~6.0时完成，第一个IGM温度峰T_0 ~ 1.3x10^4 K，然后是He II的再电离，在z~3.0时完成，产生第二个温度峰T_0 ~ 1.4x10^4 K。我们将讨论如何使用我们的结果来获得有关氢和氦再电离的时间和来源的信息。
2022-06-05 astro-ph.CO
Spectroscopic confirmation of a galaxy at redshift z=8.6
银河系对宇宙产生了最重大的影响，当他们聚集了第一代恒星时。原始星系中年轻的大质量恒星发出的高能光子电离了围绕其宿主星系的星系际介质，清除了年轻星系的光线可以逃逸的视线，并从根本上改变了宇宙中星系际气体的物理状态，直到今天。对宇宙微波背景以及星系和类星体最高红移的观测表明，宇宙是通过一个复杂的过程重新电离的，这个过程在大爆炸后大约10亿年完成，红移为z~6。探测来自越来越遥远的星系的电离Ly-alpha光子对负责再电离的源的时间，位置和性质产生了重要的限制。在这里，我们报告了大爆炸后不到6亿年发射的Ly-a光子的探测。UDFy-38135539的红移z=8.5549+-0.0002，比先前已知的最远天体的红移z=8.2和z=6.97要大。我们发现，这个单一的来源是不可能提供足够的光子，以增加发射线逃逸所需的体积，需要来自其他的，可能是附近的暗星系的显着贡献。
2010-10-20 astro-ph.CO
Universe opacity and CMB
本文提出了一个新的宇宙学模型，其中的宇宙微波背景（CMB）是星系际尘埃的热辐射，而不是大爆炸的残余辐射。该模型表明，一个几乎透明的局域宇宙在红移$z > 2-3$处变得相当不透明。这种不透明性在Ia型超新星的数据中很难检测到，但用类星体的数据证实了这一点。不透明度随着红移的增加而急剧增加，这是因为在前一个纪元中星系际尘埃的固有密度很高。星系际尘埃的温度随着$(1+z)$的增加而增加，正好补偿了红移引起的波长变化，因此尘埃辐射看起来就像是单一温度的黑体辐射。预测的尘埃温度为$T^{D} = 2.776 \, \mathrm{K}$，与CMB温度相差仅1.9%，预测的CMB总强度与EBL强度之比为13.4，与观测值的12.5接近。宇宙微波背景辐射的温度波动是由宇宙中的星系团和空洞产生的电子边界层波动引起的。与温度各向异性相关的CMB的极化异常是由在团簇和空洞周围的大尺度磁场排列的针状导电尘埃颗粒的极化热发射引起的。$z > 4$光度密度的强烈下降被解释为宇宙高度不透明的结果，而不是在高红移时全球恒星质量密度下降的结果。
2018-04-18 astro-ph.CO
Astro2020 Science White Paper: Insights Into the Epoch of Reionization with the Highly-Redshifted 21-cm Line
再电离时期是宇宙历史上最后一次主要的相变，在大爆炸后大约10亿年，来自早期星系的光子电离了星系际介质。测量跃迁的特征对于理解早期星系和宇宙网以及对后期宇宙中的矮星系建模都很重要。但这样的测量需要探测星系际介质本身。在这里，我们描述了如何21厘米线的中性氢提供了一个强大的探测器的再电离过程中，因此，重要的约束，在当时的星系和星系际吸收。虽然现有的实验将在未来十年进行精确的统计测量，但我们认为，改进的21厘米分析技术-允许中性气体本身的成像-以及改进的理论模型，对于测试我们对这个重要时代的理解至关重要。
2019-03-18 astro-ph.CO
Observations of the MIssing Baryons in the warm-hot intergalactic medium
几十年来，人们已经知道，在局部宇宙中观测到的重子数量比大爆炸核合成预测的重子总数少了30-40%，这是从宇宙微波背景的密度波动中推断出来的，在宇宙的前20 - 30亿年中，在所谓的莱曼α森林中观察到。这个悖论的一个理论解决方案是将失踪的重子定位在星系之间的热而稀薄的星系际气体中，称为温暖的星系际介质。然而，在那里很难检测到它们，因为这种气体的最大成分-氢-大部分被电离，因此在远紫外光谱中几乎不可见，具有典型的信噪比。事实上，尽管进行了大量的观测工作，但迄今为止，只有少数几个边缘的探测结果。本文报道了在红移>0.4的类星体的高信噪比X射线谱中观测到两个高电离氧（OVII）吸收体。这些吸收体在2年的时间尺度上没有变化，也没有相关的冷吸收，使得它们来自类星体的内在外流或宿主星系的星际介质的假设变得不可信。OVII系统位于以大（与平均值相比为x4）星系过密度及其数量（下降到我们数据的敏感阈值）为特征的区域，与长期寻求的温热星系际介质（WHIM）的数值模拟预测一致。我们的结论是，失踪的重子已经找到。
2018-06-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
Supernovae at the cosmic dawn
现代宇宙学模拟预测，第一代恒星形成的质量尺度约为100个太阳质量，大约在大爆炸后3亿至4亿年。当第一批恒星到达生命的尽头时，它们中的许多可能已经死亡，成为高能超新星，通过向原始星系际介质注入大量能量和金属，对早期宇宙产生了重大影响。本文通过讨论第一颗超新星的背景物理、计算方法和最新结果，对当前的第一颗超新星模型进行了综述。
2014-07-28 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
Elevated Hot Gas and High-Mass X-ray Binary Emission in Low Metallicity Galaxies: Implications for Nebular Ionization and Intergalactic Medium Heating in the Early Universe
与恒星形成相关的高能辐射被认为是低金属丰度星暴中星际介质电离的重要来源，也是高红移（$z > 8$）宇宙中星系际介质加热的重要贡献者。利用Chandra对$D \approx$ ~200- 450 Mpc的30个星系样本的观测，我们提供了平均0.5- 8 keV谱形和单位恒星形成率（SFR）归一化的新测量结果。这些星系具有3- 9 GyrPDMATHABMO的高比恒星形成率和$Z \approx 0.3 Z_\odot$附近的金属丰度。我们将样品组合的X射线谱建模为热气体和高质量X射线二进制（HMXB）种群的组合，并限制它们的相对贡献。我们推导出$\log L_{\rm 0.5-8 keV}^{\rm HMXB}$ /SFR $= 40.19 \pm 0.06$和$\log L_{\rm 0.5-2 keV}^{\rm gas}$ /SFR $= 39.58^{+0.17}_{-0.28}$的标度关系;与局部关系相比，标度关系显著升高。HMXB的标度也比文献中的$L_{\rm 0.5-8 keV}^{\rm HMXB}$ -SFR- $Z$关系略高，这可能是由于我们的星系具有相对较低的HMXB遮蔽度和年轻的X射线发光恒星种群。热气体比例关系的升高处于预期的水平，因为金属减少导致衰减减小;但是，我们不能得出结论，$L_{\rm 0.5-2 keV}^{\rm gas}$ -SFR- …
2022-03-30 astro-ph.CO astro-ph.GA
The anatomy of an extreme starburst within 1.3Gyr of the Big Bang revealed by ALMA
我们提出了进一步的分析[CII] 158 $μ$ m精细结构线和热尘埃连续辐射的原型极端星暴/活动星系核集团在早期宇宙，BRI 1202-0725在$z=4.7$，使用阿塔卡马大毫米阵列。该星系群以其一个近距离分离的（投影为26 kpc）FIR超亮类星体宿主星系和一个光学模糊的亚毫米星系（SMG）而闻名。一个简短的ALMA测试观测揭示了一个丰富的实验室，用于研究早期宇宙中集群大质量星系形成所涉及的无数过程。基于这些观测，Wagg等人（2012）早些时候报道了SMG和类星体的强[CII]发射。在这封信中，我们更详细地研究了ALMA观测的成像结果，包括速度通道图像，位置-速度图和线矩图像。我们目前的[CII]发射的检测从两个LY $α$选择星系的组中，展示了相对容易的ALMA可以检测到的[CII]发射从低恒星形成率星系在高红移。[CII]发射的成像显示了SMG上清晰的速度梯度，可能表明旋转或尺度为$\sim 10$ kpc的更复杂的动力系统。在类星体的光谱和图像中有证据表明，类星体和SMG之间可能有一个向西南方向的外流，以及更多的扩展发射（一个“桥梁”），尽管后者可能只是来自Ly $α$ -1的发射，在目前观测的有限空间分辨率下与类星体的发射混合。这些结果提供了一个前所未有的观点，一个主要的合并气体丰富的星系驱动极端的星爆和活动星系核吸积在大质量星系和超大质量黑洞的形成过程中的1.3 …
2012-12-20 astro-ph.CO
The Star Formation Rate Function for Redshift z~4-7 Galaxies: Evidence for a Uniform Build-Up of Star-Forming Galaxies During the First 3 Gyr of Cosmic Time
我们结合最近估计的尘埃消光在z~4-7与紫外光度函数（LF）的测定，推导出恒星形成率（SFR）的函数在z~4，5，6和7。SFR函数提供了一个更多的物理描述星系的建设在高红移，并允许直接比较SFR在较低的红移确定的各种技术。我们的SFR函数是从已经建立的z~4-7紫外低频、紫外连续谱斜率与红移和光度的关系以及IRX-β关系中推导出来的。他们是很好地描述了Schechter关系。考虑到最近对Hα和中红外光度函数的测定，我们将SFR函数的比较基线扩展到z~2。SFR函数的低端斜率比UV LF更平坦，Δα \sim +0.13，并且没有显示出随宇宙时间（z~0-7）的明显演化。此外，我们还发现由Schechter拟合的特征值SFR* 随红移的变化呈现出一致的、实质性的线性增长，从大爆炸后z~8，650 Myr时的~5 Msun/yr，到z~2，2.5Gyr时的~100 Msun/yr。最近在z~10，接近星系形成的开始，的结果与这个趋势是一致的。这种演化的均匀性甚至比在红移范围z~2-8的UV LF中看到的更大，为我们的尘埃校正提供了验证。这些结果提供了强有力的证据，证明星系在宇宙时间的前3个Gyr均匀地形成。
2012-07-10 astro-ph.CO
The Last Eight-Billion Years of Intergalactic CIV Evolution
我们测量了49个z < 1 CIV候选的低红移类星体的HST UV光谱，仅依赖于双重态的特征波长分离。在考虑了CIV双联体的定义特征（例如，一致的线路轮廓、其它相关联的过渡等），我们定义了38个确定的（G = 1组）和5个可能的（G = 2组）双峰的样本，对于在>= 3 σ处检测到的两条线，具有剩余等效宽度W_r。我们进行了蒙特卡罗完备性测试，以测量未阻塞的红移（dz）和共同移动的路径长度（dX），在此范围内，我们是敏感的CIV双峰的等效宽度和列密度。当log N（C^+3）>= 13.2时，（G = 1+2）二重峰的吸收线密度为dN/dX = 4.1+0.7/-0.6，自z = 5以来，dN/dX没有显著变化。G = 1柱密度频率分布f（N（C^+3））= k（N（C ^+3）/N_0）^alpha_N的最佳拟合幂律系数k =（0.67+0.18/-0.16）x 10^-14 cm ^2，指数alpha_N = -1.50+0.17/-0.19，N_0 = 10^14 cm^-2。利用f（N（C^+3））的幂律模型，我们测量了C^+3相对于临界密度的质量密度：当13 <= log N（C ^+3）<= 15时，Ω（C^+3）=（6.20+1.82/-1.52）x 10^-8。与CIV吸收体的几次1 < z < 5测量的误差加权平均值相比，该值在Ω（C^+3）上增加了2.8+/-0…
2009-11-17 astro-ph.CO
Gas Accretion and Star-Formation Rates with IFUs and Background Quasars
恒星形成星系（SFG）以有规律的速度形成恒星，形成所谓的主序星（MS）。然而，对它们的含气量的所有研究表明，它们的气藏应该在0.5-2 Gyr内耗尽。因此，SFG被认为是由星系际气体的持续吸积来提供能量，以维持其恒星形成活动。然而，这种吸积现象的直接观测证据一直难以捉摸。从理论上讲，来自星系际介质的吸积气体预计将围绕光环运行，不仅为恒星形成提供燃料，还为星系提供角动量。因此，预期该吸积材料形成气体结构，该气体结构一旦在$r<0.3\;R_{\rm vir}$或$r<10-30$ kpc下就应当与宿主共转。由于恒星形成盘和这种扩展的气体结构之间的粗略对齐，吸积物质可以最容易地用背景类星体和积分场单元（IFU）的组合来检测。在这一章中，吸积研究使用这种技术进行了审查。
2017-01-30 astro-ph.CO astro-ph.GA
Detection of an oxygen emission line from a high redshift galaxy in the reionization epoch
宇宙再电离过程中星系中星际介质的物理性质和元素丰度对于理解星系在这一过程中的作用是很重要的。我们报告了阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列探测到的氧发射线在88微米的波长从一个星系在大爆炸后约7亿年的时代。这个星系的氧丰度估计约为太阳的十分之一。没有探测到远红外连续辐射表明银河系中缺乏星际尘埃。在158微米波长处的碳排放线也没有被检测到，这意味着中性气体的数量异常少。这些特性可能允许电离光子逃逸到星系际介质中。
2016-06-15 astro-ph.CO astro-ph.GA
Spectral Energy Distribution of z>1 Type Ia Supernova Hosts in GOODS: Constraints on Evolutionary Delay and the Initial Mass Function
我们确定了一个样本的22个主星系的Ia型超新星（SNe Ia）的红移0.95<z<1.8发现在哈勃太空望远镜（HST）的观测大天文台起源深巡天（GOODS）领域。我们在斯皮策太空望远镜中测量主机的测光和GOODS场的地基成像，以提供从U波段到24微米的通量密度。我们用简单恒星星族（SSP）模型拟合每个宿主的宽带测光，以估计引起SN Ia爆炸的恒星星族的年龄。我们打破了众所周知的年龄灭绝简并在这样的分析中使用斯皮策24微米的数据，把上限的热再处理，远红外辐射尘埃。这些恒星星族的年龄为我们提供了星系第一个恒星形成时期和超新星爆发之间的延迟时间的估计。我们发现一个双峰分布的延迟时间范围从0.06 - 4.75 Gyrs。我们还使用这些结果限制了低质量恒星形成的第一个时期，表明质量<8 Msun的恒星在大爆炸后3 Gyrs内形成，可能在z~6。这反对在高红移星系中截断的恒星初始质量函数。
2010-10-16 astro-ph.CO
Production of 9Be through alpha-fusion reaction of metal-poor cosmic ray and stellar flare
对贫金属恒星的光谱观测表明，6Li丰度可能比标准大爆炸核合成模型预测的原始丰度大得多。贫金属恒星产生6Li的可能机制包括银河系前和宇宙学宇宙线（CR）核合成和耀斑加速核素核合成。我们研究了在星系前结构、星系际介质和恒星表面，由CR或耀斑加速的3，4 He到6 He和6，7 Li的两步α聚变反应产生9 Be。我们求解了CR或耀斑粒子的转移方程，并考虑到6 He和6，7 Li通过与α粒子聚变而成为9 Be的几率，计算了6 He，6，7 Li和9 Be的核产额。收益率，即，9 Be/6Li，然后计算CR和耀斑核合成模型。我们认为，在贫金属星的9 Be的未来观测可能会发现来自贫金属CR或耀斑活动的增强丰度。
2013-03-20 astro-ph.CO astro-ph.SR
Radiation Hydrodynamical Instabilities in Cosmological and Galactic Ionization Fronts
电离锋，即来自大质量恒星和星系的H/He电离光子在空间传播的尖锐辐射锋，从最早的时候起就在宇宙中无处不在。宇宙的黑暗时代随着大爆炸后几百万年第一批原始恒星和星系的形成而结束。数值模拟显示，这一时期的恒星质量非常大，质量为25 - 500个太阳，H II区的直径高达30，000光年。我们提出了三维辐射流体动力学计算，揭示了第一恒星和星系的I-前线容易发生剧烈的不稳定性，增强了早期星系际介质（IGM）中的紫外光子逃逸，并形成了超新星后来爆炸的clusional介质。第一颗超新星对这些团块的金属富集可能导致了第二代低质量恒星的迅速形成，深刻地改变了第一个原星系的性质。宇宙辐射流体动力学是独特的，因为电离光子在早期强烈地耦合到气体流动和原始化学，引入了不同特征时间尺度的层次结构，其相对大小在整个给定的计算中变化很大。我们描述了自适应多步集成方案，我们已经开发的自洽运输的宇宙学和银河系电离锋。
2010-12-09 astro-ph.CO
Radio observations of the cool gas, dust, and star formation in the first galaxies
本文总结了z ~ 6类星体宿主星系的厘米级到亚毫米级观测。这些观测揭示了冷分子气体（恒星形成的燃料），温暖的尘埃（恒星形成加热），精细结构线发射（跟踪CNM和PDR）和同步辐射。我们的研究结果表明，在大约30%的宿主星系中存在活跃的恒星形成，恒星形成速率约为10^3 M太阳/年，分子气体质量约为10^10 M太阳。来自最遥远的类星体的[CII]发射的成像显示了一个规模约为1.5 kpc的“最大星爆盘”。气体动力学研究表明，这些星系偏离了低z M_{BH} - M_{bulge}关系，平均而言，黑洞的质量比预期的大15倍。总的来说，我们正在见证大质量星系和超大质量黑洞在大爆炸1 Gyr内的共同形成。
2010-06-04 astro-ph.CO
Extremely metal-poor gas at a redshift of 7
在典型的天体物理环境中，重元素的丰度范围为太阳浓度的0.001至2倍。在银河系晕中的某些恒星和两个红移z = 3的类星体吸收系统中，发现了较低的丰度。这些被广泛解释为早期宇宙的遗迹，当时所有的气体都具有原始的化学性质。在此之前，还没有直接测量大爆炸后第一个Gyr的丰度，当时最早的恒星开始合成元素。在这里，我们报告了在z = 7.04的类星体光谱中观测到的氢和重元素吸收，当时宇宙的年龄只有7.72亿年（是现在年龄的5.6%）。我们探测到一个大的中性氢柱，但没有相应的重元素，如果气体处于引力束缚的原星系中，化学丰度将限制在太阳能水平的1/10，000以下，或者如果它是扩散和未束缚的，则小于1/1，000太阳能。如果吸收是真正的星系间的，这将意味着宇宙既没有被星光电离，也没有在z~7附近化学富集。如果它是受重力束缚的，则推断的丰度太低，无法促进有效的冷却，而该系统将是一个可行的位置，在早期宇宙中形成预测但尚未观测到的大质量第三星族恒星。
2012-12-03 astro-ph.CO
The numerical frontier of the high-redshift Universe
第一批恒星被认为是在大爆炸后数亿年在所谓的暗物质微晕中形成的，质量约为10^6太阳质量。它们的辐射第一次照亮了宇宙，而结束它们短暂生命的超新星爆炸则用第一重元素丰富了星系际介质。在它们反馈的影响下，第一批星系聚集成质量约为10^8太阳质量的晕，并孕育了第一批富含金属的恒星星族。本文综述了自世纪之交以来在高红移恒星和星系形成研究领域取得的理论进展，重点是数值模拟。这些已经成为理解早期宇宙结构形成所带来的多尺度、多物理问题的首选方法。在第一部分的审查，我专注于形成的第一批恒星在minihalos -特别是后崩溃阶段，磁盘碎片，原恒星演化和辐射反馈变得重要。我还讨论了其他物理过程的影响，如磁场和流速。在评论的第二部分中，我总结了第一批恒星产生的各种反馈机制，然后讨论了第一批星系以及在其中运行的各种物理过程。
2015-01-22 astro-ph.CO astro-ph.GA
Thirty-six New, High-Probability, Damped Ly-alpha Absorbers at Redshift 0.42 < z < 0.70
红移z<1.65的类星体阻尼Ly-alpha（DLA）吸收线系统被用来追踪宇宙最近历史的大约70%的中性气体。然而，这样的系统落在紫外线，很少发现在盲目的紫外光谱调查。因此，很难在任何狭窄的宇宙时间间隔内编制中等规模的紫外光DLAs样本。然而，在低分辨率光谱中，DLA很容易识别，因为它们具有大的吸收剩余等效宽度。我们利用HST公司的低分辨率ACS-HRC-PR 200 L棱镜对红移z=[0.42，0.70]的紫外DLAs进行了有效的强MgII选择测量。这个红移间隔覆盖了宇宙时间中的~1.8 Gyr，即，大爆炸后的t~[7.2，9.0] Gyrs。共96个强MgII吸收线系统中确定的SDSS光谱成功地观察到与棱镜在预测的紫外波长的Ly-alpha吸收。我们发现，96个系统中有35个有很大的可能性是DLA。另一个观测到的系统可能是一个非常高的N（HI）DLA（N（HI）~2x10^22原子cm^-2或可能更高），但由于非常高的N（HI）系统极其罕见，考虑到我们的样本大小，这个系统是一个DLA是不寻常的。在这里，我们介绍了我们的棱镜样本的信息，包括我们的最佳估计N（HI）和36个系统的误差与阻尼Ly-alpha配置文件。这个列表对于未来在小红移区间内对低红移DLAs的后续研究是有价值的，尽管这样的工作显然会受益于改进的紫外光谱，以更准确地确定它们的中性氢柱密度。
2015-03-13 astro-ph.CO
Some Old Globular Clusters (and Stars) Inferring That the Universe Is Older Than Commonly Accepted
本研究利用球状星团内蓝离散星测算星团年龄，发现部分星团年龄超普遍认可的宇宙年龄，推断宇宙约260亿年，与CCC+TL模型及JWST观测一致，呼吁重审宇宙学模型。
2024-04-18 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
A Simple Condition for Sustained Super-Eddington Black Hole Growth
宇宙学中最紧迫的问题之一是，在大爆炸后的10亿年内，为高红移类星体提供动力的黑洞（BH）是如何成长为超大质量的。在这里，我们表明，持续的超爱丁顿吸积可以实现与爱丁顿分数$f_{\rm Edd}$ > 2/ $ε$的黑洞，其中$ε$是在吸积过程中产生的辐射的效率。在这种情况下，辐射携带的动量太少，无法阻止吸积流，下落的气体捕获了辐射。BH生长然后不受阻碍地进行，直到气体供应被耗尽，与以较低速率的吸积形成对比，该较低速率的吸积受到吸积过程中产生的辐射的限制。在大质量高红移类星体宿主星系中的大量气体供应可能很容易通过这种供应有限的吸积模式吸积到种子黑洞上，为这种超大质量黑洞如何在早期宇宙中组装提供了解释。这种持续的超爱丁顿增长也可以解释推断的寿命短的H II地区周围的高红移类星体，如果大部分的BH增长发生没有相关的辐射逃逸到星系际介质。这进一步意味着，一群被遮蔽的快速增长的黑洞可能很难被探测到，这也许可以解释为什么只有很少的类星体的爱丁顿分数高于几个。最后，这个简单的持续超爱丁顿增长的条件可以很容易地在宇宙学模拟中实现，可以用来评估它发生在什么环境中。
2022-06-22 astro-ph.CO astro-ph.GA
Quasars: from the Physics of Line Formation to Cosmology
以非常高的速率吸积物质的类星体（称为极端人口A [xA]或超级爱丁顿吸积大质量黑洞）提供了一类新的距离指标，涵盖了从现在的宇宙到大爆炸不到1 Gyr的宇宙时代。非常高的吸积率使得xA类星体中的大质量黑洞以稳定的极端光质比辐射成为可能。这反过来又转化为类星体低电离线发射区中轻度电离气体的稳定物理和动力学条件。在这篇文章中，我们分析了极端星族A类星体的主要光学和紫外光谱特性，这些特性使它们在低z（z <1）和中等z（2 <z <2.6）的大型光谱调查中很容易被识别，以及导出形成它们发射线的物理条件。最后，分析支持的可能性，确定一个维里加宽估计从低电离线宽，和红移无关的光度估计的维里加宽的基础上，一个已知的亮度质量比的概念有效性。
2019-01-28 astro-ph.CO astro-ph.GA
Extreme damped Lyman-$α$ absorption in young star-forming galaxies at $z=9-11$
本文利用 JWST 观测发现 z=8.8–11.4 的三个年轻星系存在极强阻尼 Lyman-α 吸收，表明其周围有大量中性氢气体，因而这些星系在现阶段对宇宙再电离贡献有限，并揭示了早期星系形成仍在进行中的特征。
2023-06-01 astro-ph.CO astro-ph.GA
