A Multi-Fidelity Emulator for the Lyman-$α$ Forest Flux Power Spectrum
在这项工作中，我们扩展了我们最近开发的多保真度仿真技术的模拟莱曼- $α$森林通量功率谱。多保真度仿真允许使用许多便宜的低保真度仿真和一些昂贵的高保真仿真在宇宙学参数之间插值仿真输出。使用一个测试套件的小盒子（30兆秒/小时）的模拟，我们表明，多保真度仿真是能够很好地再现莱曼- $α$森林通量功率谱，达到平均精度相比，测试套件的$0.8\%$。我们进一步表明，它有一个大大增加的精度比单保真度仿真器，只使用高或低保真度的模拟。特别是，它允许现有的模拟套件扩展到更小的尺度和更高的红移。
2022-10-24 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
Simulating the effect of high column density absorbers on the one-dimensional Lyman-alpha forest flux power spectrum
我们测量的效果，高柱密度吸收系统的中性氢（HI）的一维（1D）莱曼α森林通量功率谱使用宇宙流体动力学模拟从Illustris项目。高柱密度吸收体（我们定义为具有HI柱密度$N(\mathrm{HI}) > 1.6 \times 10^{17}\,\mathrm{atoms}\,\mathrm{cm}^{-2}$的吸收体）导致具有特征阻尼翼的加宽吸收线。这些阻尼翼通过使类星体光谱中的吸收远离吸收体本身的位置来使1D莱曼-阿尔法森林通量功率谱发生偏差。我们调查的影响，高柱密度吸收莱曼α森林使用流体动力学模拟的第一次。我们提供模板作为柱密度和红移的函数，允许灵活地精确建模残留污染，即，如果分析选择性地剪掉最大阻尼的机翼。这种灵活性将改善宇宙学参数估计，例如，允许更精确地测量功率谱的形状，并对包含大质量中微子的宇宙学模型或光谱指数的运行产生影响。我们提供拟合函数来重现这些结果，以便它们可以直接纳入数据分析管道。
2018-01-09 astro-ph.CO
Towards physics responsible for large-scale Lyman-$α$ forest bias parameters
使用一系列精心构造的数值实验的基础上流体动力学宇宙SPH模拟，我们试图建立一个直观的相关物理背后的大尺度密度（$b_δ$）和速度梯度（$b_η$）的莱曼- $α$森林的偏见。从应用于实空间光滑总密度场的涨落Gunn-Peterson近似出发，通过无热加宽的红移空间、有热加宽的红移空间和流体力学模拟的重子场，我们研究了文献中的近似。我们发现，Seljak的2012年的分析公式，这些偏置参数的工作令人惊讶的是，在没有热加宽和线性红移空间扭曲的限制。我们还证明了他的$b_η$公式在无热展宽的极限下是精确的。由于引入的热展宽显着影响其值，我们推测，结合大规模测量的$b_η$和小规模的通量PDF可能是一个敏感的探头的IGM的热状态。我们发现，来自平滑的总物质场的大尺度偏差是在10- 20%的流体动力学量的基础上，与文献中的其他测量。
2016-03-07 astro-ph.CO
Effects of Lyman alpha scattering in the IGM on clustering statistics of Lyman alpha emitters
我们研究了观测到的恒星形成星系的莱曼α发射分数和大尺度结构之间的相关性，通过后处理快照的大型，高分辨率的流体动力学模拟与莱曼α辐射转移代码在红移z= 4，3，2。我们发现所观察到的分数与密度，密度梯度沿视线，速度和速度梯度沿视线的相关性，所有在同一数量级（百分之几十）。此外，与角动量的暗物质晕的相关性被检测到。与以前的研究相比，我们发现没有显着的变形的2点关联函数由于选择的影响，从辐射转移在IGM内的模拟量的有限的统计。
2013-06-04 astro-ph.CO
Compressing the cosmological information in one-dimensional correlations of the Lyman-$α$ forest
本研究针对Lyα森林一维功率谱宇宙学分析复杂度高的问题，提出将其宇宙学信息压缩为双参数无损似然的方法，经DESI模拟验证该方法模型无关且结果无偏，助力联合宇宙学分析。
2023-05-07 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
New approach for precise computation of Lyman-alpha forest power spectrum with hydrodynamical simulations
我们提出了一套宇宙学的N体模拟与冷暗物质和重子，旨在模拟的低密度区域的IGM探测的莱曼- $α$森林在高红移。模拟的设计是为了满足BOSS和eBOSS数据质量的要求。它们使用2 × 768 $^3$或2 × 192 $^3$颗粒制成，跨越的体积范围从高分辨率模拟的（25 Mpc. h $^{-1})^3$）到大体积模拟的（100 Mpc. h $^{-1})^3$）。通过使用拼接技术，分辨率进一步提高，达到了相当于在（100 Mpc.h $^{-1}$）^3盒大小中使用2x 3072 $^3$ = 580亿个粒子的模拟，即每个气体粒子的平均质量为1.2x10 $^5$ M_sun.h $^{-1}$。我们表明，由此产生的功率谱是准确的，在2%的水平上从几个Mpc到几十个Mpc的整个范围。我们研究了与IGM加热率有关的4个宇宙学参数（$n_s, σ_8, Ω_m, H_0$）和2个天体物理参数（$T_0, γ$）对一维透射通量功率谱的影响。通过改变中心模型周围的输入参数，选择与最新的普朗克结果一致，我们建立了一个网格的模拟，允许研究这六个相关参数对通量功率谱的影响。我们改进了以往的研究，不仅单独测量每个参数的影响，而且还探测每对参数的同时变化的影响。因此，我们提供了一个完整的二阶展开，包括交叉项，围绕我们的中心模型。我们检查的有效性的二阶膨胀与独立的模拟获得不同的宇宙学参数或不同的种…
2014-06-11 astro-ph.CO
Lyman-$α$ forest constraints on interacting dark sectors
与$Λ$ CDM相比，Lyman- $α$森林是暗物质模型的一个有价值的探测器，其特征在于功率谱的尺度依赖抑制。在这项工作中，我们提出了一个新的估计的莱曼- $α$通量功率谱，不依赖于流体动力学模拟。我们的框架的特点是滋扰参数，封装的复杂的物理学的星系际介质和高度非线性的小尺度模式的敏感性。在验证了基于$Λ$ CDM的高分辨率流体动力学模拟的方法之后，我们从BOSS Lyman- $α$大尺度数据中导出了相互作用暗物质模型的保守约束，k<0.02（km/s）^（-1），在模型拟合中保留了相关的干扰参数。估计产生的下限上的质量的食人暗物质，其中冻结发生通过3至2湮灭，在兆电子伏的范围。此外，我们发现暗物质与暗辐射相互作用的模型，这已被认为是解决$H_0$和$σ_8$紧张局势，是兼容的BOSS莱曼- $α$数据。
2018-05-30 astro-ph.CO hep-ph
Damped Lyman-alpha systems in high-resolution hydrodynamical simulations
本文利用LambdaCDM模型的高分辨率和大盒尺寸宇宙流体动力学模拟研究了阻尼莱曼α系统的性质。使用的数字代码是GADGET-2的修改版，采用了自洽的金属富集机制（Tornatore等人，2007年）。我们探讨了一些相关的物理量的数值收敛，我们改变参数描述的性质的星系风，初始恒星质量函数，线性暗物质功率谱和金属富集模式的IGM（星系际介质）周围DLAs。我们发现，强星系风的速度约为600公里/秒，在一个能量驱动的风的情况下，需要为了匹配所观察到的列密度分布函数的DLAs和中性氢含量的红移的演变。动量驱动的银河风模型的实施，涉及到风的速度和质量负荷的暗物质晕的属性，显示出一种行为，这是中间的能量驱动的银河风的小（100公里/秒）和大（600公里/秒）的速度。在z=3时，质量在10^9 ~ 10^10 h^-1 M_sun之间的晕，对于直径小于10^20.8 cm^-2的DLA，对柱密度分布函数的贡献是显著的。通过插值物理量沿视线通过大量的晕，我们定性地显示不同的星系风模型的影响IGM周围的DLAs。此外，我们分析了与DLAs相关的SiII的速度宽度相关的统计数据：风中的金属丰度似乎是相当cluerous，这产生了低估所观察到的速度宽度。我们概述了这个问题的可能解决方案。
2009-04-22 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Sejong Suite: Cosmological Hydrodynamical Simulations with Massive Neutrinos, Dark Radiation, and Warm Dark Matter
我们介绍了世宗套件，一个广泛的收集国家的最先进的高分辨率宇宙流体动力学模拟跨越各种宇宙学和天体物理参数，主要是为建模莱曼阿尔法（LyA）森林。该套件分为三个主要类别（网格套件，支持套件和系统套件），解决不同的科学目标。采用基于粒子的实现，我们遵循气体，暗物质（冷和暖），大质量中微子和暗辐射的演变，并考虑几种组合的盒子大小和粒子数。通过额外的增强技术，我们能够在（100 Mpc/h）^3盒大小中达到高达3x3328^3= 1100亿个粒子的等效分辨率，非常适合当前和未来的调查（例如，eBOSS，DESI）。值得注意的是，第一次，我们模拟扩展的混合场景描述的综合效应的温暖的暗物质，中微子和暗辐射，建模一致，考虑到中微子质量分裂。除了为所有考虑的模型提供从z=5.0到z=2.0的多组分快照（dz=0.2）外，我们还在相同的z范围和扩展的参数空间中产生了超过2.88亿个LyA串。串非常适合LyA森林科学研究，映射高$z$宇宙网络和物质通量的关系和偏见，并在小尺度上量化重子的关键作用。我们还提出了第一次分析的套件集中在物质和通量的统计，并表明，我们能够准确地再现一维通量功率谱的尺度k=0.06 [s/km]映射最近的高分辨率类星体数据，以及星系际介质的热历史。这里描述的模拟和产品将逐步提供。
2020-07-30 astro-ph.CO
Lyman-$α$ forest and non-linear structure characterization in Fuzzy Dark Matter cosmologies
模糊暗物质（FDM）代表了标准冷暗物质（CDM）流体的另一种有趣的描述，能够解释GeV扇区中暗物质粒子的直接检测的缺乏，并减轻宇宙大尺度结构形成中的小尺度张力。在文献中，FDM模型的宇宙学模拟是通过非常昂贵的高分辨率网格模拟单个晕或通过N体模拟，包括更大的宇宙体积，但诉诸FDM非线性动力学中的显着近似，以减少其计算成本。随着新的N体宇宙流体动力学代码AX-GADGET的使用，我们现在不仅能够克服这样的数值问题，而且还结合了一个完全一致的治疗FDM动力学与气体粒子和重子物理过程的存在，以量化FDM对特定的天体物理观测的影响。特别是，在本文中，我们执行和分析几个流体动力学模拟，以限制FDM质量量化FDM对莱曼- $α$森林观测的影响，在文献中获得的第一次在N体设置没有近似FDM动力学。我们还研究了统计性质的晕，利用大的可用样本，提取信息FDM如何影响的丰度，形状和密度分布的暗物质晕。
2018-09-27 astro-ph.CO
LyMAS reloaded: improving the predictions of the large-scale Lyman-α forest statistics from dark matter density and velocity fields
我们提出LyMAS 2，一个改进的版本的“莱曼-α质量协会计划”的目的是预测大规模的莱曼-α森林（Ly-α）的三维聚类统计的暗物质（DM）分布的中等分辨率的模拟，与先前的校准从高分辨率的流体动力学模拟较小的体积。在这项研究中，校准是从视界-活动星系核套件模拟中导出的，（100 Mpc/h）^3共动体积，使用维纳滤波，结合来自暗物质密度和速度场的信息（即速度色散、涡度、视线一维发散和三维发散）。所有新的预测都是在z=2.5的红移空间中进行的，同时考虑了SDSS-III BOSS巡天的光谱分辨率和不同的暗物质平滑（0.3，0.5和1.0 Mpc/h共动）。我们尝试了不同的暗物质场的组合，发现LyMAS 2应用于Horizon-noAGN暗物质场，显著地改善了对Ly-α 3d聚集统计的预测，特别是当DM过密度与速度弥散或涡度场相关联时。与流体动力学模拟趋势相比，LyMAS 2生成的伪谱的2点关联函数即使在大角度下也能恢复到~5%，通量一维功率谱（沿视线方向）恢复到~2%，通量一维概率分布函数准确。最后，我们已经产生了几个大的模拟BOSS光谱（1.0和1.5 Gpc/h），预计会导致更可靠和准确的理论预测。
2022-04-13 astro-ph.CO
First Detection of Cosmic Microwave Background Lensing and Lyman-α Forest Bispectrum
我们提出的第一个检测莱曼- $α$森林和宇宙微波背景（CMB）透镜之间的相关性。对于SDSS-III/BOSS DR 12中的每个Lyman- $α$森林，我们将一维功率谱与来自普朗克的相同视线上的CMB透镜会聚相关联。这种测量构成了一个位置相关的功率谱，或压缩双谱，并量化的莱曼- $α$森林功率谱的非线性响应的大规模的过密度。在5-$σ$处测量信号，并且与$Λ$ CDM预期一致。我们测量莱曼- $α$森林相对于暗物质分布的线性偏差，并约束包括非线性偏差的非线性项的组合。这个新的观测结果为莱曼- $α$森林作为大尺度结构探测器提供了一致性检查，并测试了我们对星系际气体和暗物质之间关系的理解。将来，它可用于测试流体动力学模拟并校准Lyman- $α$森林与暗物质之间的关系。
2016-10-13 astro-ph.CO
Lyman-alpha emitters gone missing: evidence for late reionization?
我们将高分辨率流体动力学模拟与中等分辨率、仅含暗物质的模拟和电离区生长的分析模型相结合，估算了6<=z<=8星系中莱曼α辐射可见度的大尺度分布和红移演化。中性氢在再电离过程中的不均匀分布导致了大尺度上莱曼α跃迁的显著波动。transmittance不仅取决于电离的星系际介质的体积分数和本地电离背景的振幅，但也相当敏感的Lyman-α发射线的相对速度移动的演变，由于共振散射。我们再现了莱曼α发射星系的空间密度下降的速度与观察到的相当迅速地演变的中性分数之间的z=6-8，和一个典型的莱曼α线速度偏移100公里/秒的系统在z=6的红移减少向更高的红移。新的（02/2015）普朗克结果表明，这种最近的再电离结束不再受到宇宙微波背景的限制。
2015-06-16 astro-ph.CO
Lyman alpha emission from the first galaxies: Signatures of accretion and infall in the presence of line trapping
第一个星系的形成伴随着大的吸积流和维里化冲击，在此期间，气体被冲击加热到$\sim10^4$ K的温度，导致莱曼α线中潜在的强通量。事实上，在高红移处已经探测到了一些莱曼α斑点。在这封信中，我们探索这样的莱曼α发射宇宙流体动力学模拟，包括一个详细的模型，原子氢作为一个多层次的原子和自适应网格细化代码FLASH线捕获的影响的起源。我们看到重子通过冷气流落入晕的中心，在$\rm z=4.7$处产生至少为$\rm 10^{44} erg s^{-1}$的莱曼α光度，类似于观测到的莱曼α斑点。我们发现，一个莱曼α通量的$\rm 5.0\times 10^{-17} erg cm^{-2} s^{-1}$出现从信封的光环，而不是它的中心，在那里的光子被有效地捕获。这种发射可以用即将到来的詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）进行详细探测，并将成为气体流入和吸积的重要探测器。
2011-02-01 astro-ph.CO
Minimally Parametric Constraints on the Primordial Power Spectrum from Lyman-alpha
目前对莱曼α森林的分析假设密度扰动的原始功率谱服从一个简单的幂律，这是一个强有力的理论假设，应该加以检验。采用一套大的数值模拟，放弃这一假设，我们重建的形状的原始功率谱使用莱曼α数据从斯隆数字巡天（SDSS）。我们的方法将最小参数框架与交叉验证相结合，这是一种用于避免过度拟合数据的技术。未来的工作将涉及对即将到来的重子振荡巡天（BOSS）的预测，这将提供新的莱曼α数据，大大减少统计误差。
2010-05-21 astro-ph.CO
Constraining the Fluctuating Gunn-Peterson Approximation Using Lyman-$α$ Forest Tomography at $z=2$
波动Gunn-Peterson近似（FGPA）是一种常用的方法，用于从$N$ -体模拟的物质密度场生成模拟Lyman-$α$（Ly $α$）森林在宇宙正午（$z\gtrsim 2$）的吸收串，而无需运行昂贵的流体动力学模拟。受最近的发展，在三维IGM层析观测以及物质密度场重建技术应用于星系红移样品在$z\sim 2$，我们研究的可能性，直接检查之间的关系的Ly $α$传输和底层的物质密度场的观测测试FGPA。具体来说，我们分析了EAGLE，Illustris，IllustrisTNG和Nyx宇宙学流体动力学模拟，这是用不同的代码和子网格模型运行。虽然FGPA是一个很好的描述IGM在较低的密度区域，在较高的密度的透射密度分布的斜率显着影响的反馈过程，导致FGPA打破在该制度。即使没有额外的反馈，我们发现显着的偏差所产生的非线性结构增长的流体动力学效应。然后，我们继续使用现实的模拟数据进行比较，假设最近的CLAMATO调查的视线采样和光谱特性，并发现这将是具有挑战性的FGPA和流体动力学模型与当前的数据集之间的辨别。然而，未来超大型望远镜的改进视线采样或斯巴鲁PFS等多路分光调查的大量数据应该允许对FGPA进行严格的测试，并有可能检测星系反馈对IGM的影响。
2022-09-22 astro-ph.CO astro-ph.GA
LyAl-Net: A high-efficiency Lyman-$α$ forest simulation with a neural network
本文提出基于U-net架构的神经网络模型LyAl-Net，通过仅使用Horizon-noAGN模拟9%的体积进行训练，高效模拟莱曼-α森林，其吸收集合平均与完整模拟误差在2.5%以内，并在迁移学习测试中显著改善了通量预测。
2023-03-31 astro-ph.CO physics.data-an
The cool side of Lyman Alpha Emitters
我们扩展了以前的研究莱曼阿尔法发射体（LAEs）的基础上流体动力学宇宙学模拟，包括两个物理过程LAEs的重要：（a）莱曼阿尔法和连续发光冷却碰撞激发HI在星系中产生的，（b）尘埃的形成和演变，我们遵循这些过程的星系星系的基础上。HI冷却平均贡献了恒星产生的莱曼α辐射的16-18%，但这个值在低质量LAE中可能要高得多，如果HI是cluerous，这个值会进一步增加。连续光谱的光度几乎完全由恒星源控制。星系的尘埃含量与恒星质量成正比，M_{dust}与M_*^0.7和恒星金属丰度Z_* 成正比，使得M_{dust}与Z_*^1.7成正比。结果表明，大质量星系的Lyman α逃逸分数低至f α =0.1，LAE平均值随红移的增加而减小，在z =（5.7，6.6）时为（0.33，0.23）。紫外连续谱逃逸分数与红移呈现相反的趋势，可能是由于团簇演化的结果。该模型成功地再现了观测到的莱曼阿尔法和紫外光度函数在不同的红移和莱曼阿尔法等效宽度散射在很大程度上，虽然观察到的分布似乎比预测的更广泛。我们讨论这种紧张局势的可能原因。
2009-11-06 astro-ph.CO
One-dimensional power spectrum from first DESI Lyman-α forest
本文利用DESI首批类星体光谱数据，通过快速傅里叶变换估计器测量一维莱曼α森林功率谱，并处理仪器污染与系统误差，为约束原初功率谱、中微子质量和暗物质性质奠定基础。
2024-05-06 astro-ph.CO
specwizard: A Public Python Framework for Creating Synthetic Absorption Spectra from Hydrodynamical Simulations
Institute Lorentz, Leiden University（莱顿大学洛伦兹研究所）；Institute for Computational Cosmology, Durham University（杜伦大学计算宇宙学研究所）；Leiden Observatory, Leiden University（莱顿大学莱顿天文台）
specwizard是一款公开Python框架，可从流体动力学模拟生成合成吸收光谱，经EAGLE模拟验证能准确再现莱曼α森林关键观测诊断，还可推断电离背景振幅演化且与理论结果高度吻合。
2026-10-15 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Fresh Look at Neutrino Self-Interactions With the Lyman-$α$ Forest: Constraints from EFT and PRIYA Simulations
本文利用基于EFT和PRIYA模拟的新型eBOSS莱曼-α似然，联合Planck CMB数据重新约束中微子自相互作用，发现其强度可忽略，并给出新的自耦合上限。
2025-09-21 astro-ph.CO
The Effect of Cosmic Magnetic Fields on the Metagalactic Ionization Background inferred from the Lyman-α Forest
使星系际介质再电离红移~6的源仍然未知。电离过程的一个严重限制是在莱曼-α森林中维持电离所需的低发射率。模拟校准的观测表明，每个重子的产生率最多只有几个光子。在这项工作中，我们提出了一个新的解决方案，这个“光子饥饿”的问题，使用宇宙磁场，这可能是目前作为早期宇宙物理和随后的磁流体动力学放大的结果弱背景。如果存在的话，这种磁场会引起密度扰动，这种扰动在与红移z~2-5处的氢吸收线测量所探测的尺度相当的尺度上占主导地位。研究表明，亚纳高斯磁场，在~1 Mpc尺度上相干，具有几乎尺度不变的谱，足以对有效光学厚度、类星体谱上莱曼-α森林的出现、像元通量统计和透射通量的功率谱产生显著的影响。我们还表明，这样的磁场签名被有效地擦除时，元银河系光电离率的增加，从而放松对宇宙光子预算可用于再电离的约束。
2013-11-06 astro-ph.CO
PRIYA: A New Suite of Lyman-alpha Forest Simulations for Cosmology
本文提出了基于ASTRID的PRIYA宇宙学模拟套件，通过引入新的再电离和AGN反馈模型并构建多保真度模拟器，实现了1D流量功率谱的精确插值，用于解释SDSS和DESI的Lyman-alpha森林数据。
2024-01-02 astro-ph.CO astro-ph.GA
The impact of feedback from galaxy formation on the Lyman-alpha transmitted flux
在遥远的类星体光谱中看到的莱曼α吸收线森林已经成为宇宙中物质分布的重要探测器。我们使用大，流体动力学模拟从OWLS项目的反馈星系形成的概率分布函数和莱曼α透射通量的功率谱的影响进行调查。虽然金属线冷却并不重要，但活动星系核驱动的大质量星系的星系外流和超新星驱动的低质量星系的风对通量统计有重大影响。在红移z=2.25时，对通量统计的影响与已公布数据集的统计不确定性具有相似的量级。通量统计的变化不是由于光电离气体的温度-密度关系的差异。相反，它们是由密度分布和热的碰撞电离气体部分的变化引起的。利用天体物理学和宇宙学效应引起不同的红移依赖性这一事实，或许可以解开它们之间的纠缠。特别是，反馈效应的大小似乎随着红移的增加而迅速减小。对目前正在进行的调查（如BOSS/SDSS-III和X-Shooter/VLT）的莱曼α森林数据的分析必须考虑银河风。
2012-11-27 astro-ph.CO
Machine Learning Techniques for Astrophysics and Cosmology: Lyman-$α$ forest
Institut de Física d’Altes Energies (IFAE), The Barcelona Institute of Science and Technology（高能物理研究所（IFAE），巴塞罗那科学与技术研究院）
本文探讨了机器学习技术在分析里曼-α森林中的应用，重点在于克服传统方法的计算和方法学限制，通过自动化特征提取、改进恒星连续谱重建、加速流体动力学模拟仿真以及开发基于模拟的分析方法，推动宇宙学研究的发展。
2026-05-21 astro-ph.CO
Strong bound on canonical ultra-light axion dark matter from the Lyman-alpha forest
我们提出了一个新的超轻轴子（超轻）暗物质质量$m_\text{a}$的界限，使用莱曼α森林寻找抑制宇宙结构的增长：95%的下限$m_\text{a} > 2 \times 10^{-20}\,\text{eV}$。这强烈地反对（$> 99.7\%$可信度）$10^{-22}\,\text{eV} < m_\text{a} < 10^{-21}\,\text{eV}$的正则化，其动机是弦轴向和冷暗物质模型中可能的张力的解决方案。我们加强了以前的等效边界约一个数量级。我们证明了我们的研究结果的鲁棒性，使用改进的流体动力学模拟的优化仿真器。
2020-12-24 astro-ph.CO hep-ph
A trailing lognormal approximation of the Lyman-$α$ forest: comparison with full hydrodynamic simulations at $2.2\leq z\leq 2.7$
提出在略低红移处模拟的“拖尾”对数正态模型，以更准确恢复Lyα森林IGM热参数和光电离率，并在2.2≤z≤2.7下与Sherwood SPH模拟验证。
2025-01-09 astro-ph.CO
Testing extreme-axion wave dark matter using the BOSS Lyman-Alpha forest data
利用宇宙学粒子流体动力学模拟和均匀紫外背景，我们比较了由传统冷暗物质（CDM）模型预测的$α$森林通量谱，自由粒子波暗物质（FP $ψ$ DM）模型与极端轴子波暗物质（EA $ψ$ DM）模型的不同初始轴子场角对BOSS莱曼-具有固定玻色子质量$m_b\sim 10^{-22}$ eV的$α$森林吸收光谱。我们恢复了之前报告的结果（Iršiet al. 2017 b; Armengaud et al. 2017），即CDM模型与BOSS数据的一致性优于FP $ψ$ DM模型，并且我们发现总$χ^2$的差异为$420$数据箱的$120$。这些以前的结果需要一个更大的玻色子质量的一个因素$>10$与日期一致，并在紧张局势与当地卫星星系确定的有利值。然而，我们发现这种张力被消除了，因为一些EA $ψ$ DM模型预测的Lyman-$α$通量谱比CDM模型更好地与BOSS数据吻合，并且对于相同的仓数，总$χ^2$的差异可以大到$24$。这一发现并不令人惊讶，因为EA $ψ$ DM模型具有独特的光谱形状，其光谱凸起超过$ψ$ DM线性物质功率谱典型的小尺度截止附近的CDM功率，以及比FP $ψ$ DM更多的扩展截止（Zhang & Chiueh 2017 a，b）。
2018-10-13 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
The effect of stellar and AGN feedback on the low redshift Lyman-$α$ forest in the Sherwood simulation suite
我们研究了不同的反馈处方对低红移（$z\leq1.6$）Ly $α$森林的性质的影响，使用选择的流体动力学模拟来自舍伍德模拟套件。模拟纳入恒星反馈，AGN反馈和简化的计划，有效地模拟低柱密度Ly $α$森林。我们确认宇宙起源光谱仪（COS）观测的Ly $α$森林柱密度分布函数（CDDF）在$z \simeq 0.1$的高柱密度系统（$N_{\rm HI}>10^{14}\rm\,cm^{-2}$）之间存在差异，以及Ly $α$速度宽度与COS数据相比太窄。恒星或活动星系核的反馈-目前在我们的模拟中实现-只有一个小的影响CDDF和速度宽度分布。我们的结论是，解决COS数据和模拟之间的差异，需要增加的温度过密气体与$Δ=4$ - $40$，无论是通过额外的他$\,\rm \scriptstyle II\ $光加热在$z>2$或微调反馈，使过密气体进入IGM在正确的温度，它仍然有助于显着的LY $α$森林。或者，一个更大的，目前尚未解决的湍流分量的线宽可以解决的差异。
2017-06-28 astro-ph.CO astro-ph.GA
Neutrino mass from the Lyman-Alpha forest
对中微子质量的追求是当代宇宙学的一个中心目标，受到严格的审查，在不同的大尺度结构示踪剂中，莱曼-阿尔法森林正在重新成为一种独特的工具，通过传输莱曼-阿尔法通量上的特征印记来探测高红移的中微子质量。如果要解释类星体光谱观测的最新数据，需要对存在大量中微子的星系际介质的低密度区域进行详细建模，其规模从几个到几百个百万秒差距不等。为此，我们提供了一套流体动力学模拟Gagdet-3，跨越不同的体积，并具有一系列的分辨率和中微子质量（从M_nu=0.1至0.8 eV，假设3个简并物种），专门设计，以满足重子声学光谱调查（BOSS）的要求。我们采用了大质量中微子的粒子型实现，并选择了与最新普朗克（2013）结果兼容的宇宙学参数。虽然分辨率要求与SDSS-III/BOSS数据的质量相匹配，但我们的数值模拟也将为即将到来的调查（如SDSS-IV/eBOSS和DESI）建立有用的理论基础。在不久的将来，来自领先的光谱调查的数据将允许测量中微子的绝对质量尺度，并确定中微子质量等级的确切性质;因此，我们预计这种建模将变得越来越有用。
2014-06-20 astro-ph.CO
Cosmological Hydrodynamic Simulations with Suppressed Variance in the Lyman-$α$ Forest Power Spectrum
我们测试了一种方法，以减少不必要的样本方差时，预测莱曼- $α$（ly $α$）森林功率谱宇宙流体动力学模拟。样本方差的产生是由于大尺度模式的稀疏采样，并通过非线性引力演化传播到小尺度。为了解决这个问题，我们生成初始条件，其中密度扰动幅度{ \it固定}到系综平均功率谱-并且在具有完全相反相位的{ \it对}中生成。我们运行$50$这样的模拟（$25$对），并通过测量在红移$z=2$，3和4的LY $α$ 1D和3D功率谱，比较它们的性能对$50$标准模拟。这两个集合都使用$40$ Mpc/h的周期盒，其中包含暗物质和气体的$512^3$粒子。作为一个典型的例子，改进，波数$k=0.25$ h/Mpc在$z=3$，我们发现的1D和3D功率谱的估计收敛$34$和$12$倍更快的配对固定合奏相比，一个标准的合奏。我们的结论是，通过减少所需的计算时间，以达到固定的预测功率谱的准确性，该方法释放资源的探索不同的热和宇宙学参数-最终允许提高精度和准确性的统计推断。
2018-11-14 astro-ph.CO
On the rapid demise of Lyman-alpha emitters at z>7 due to the increasing incidence of optically thick absorption systems
各种独立的观测研究现在已经报道了在红移间隔z=6-7上表现出Ly-a发射的莱曼破裂星系的比例显着下降。结合明亮的z=7.085类星体ULAS 1120+0641光谱中向Ly-a红方向延伸的强阻尼翼，这加强了星系际介质（IGM）中的氢在z = 7时仍然基本上是中性的建议。目前的理论模型意味着HI分数高达40- 90%，可能需要解释这些数据假设没有内在的演变在Ly-a发射人口。我们认为，这样大的中性分数是不必要的。基于流体动力学模拟再现了高红移（z~6-7）类星体的吸收谱，我们证明了在宇宙的平均区域中，静止坐标系Ly-a的中间IGM向红方向的不透明度可以迅速上升，这仅仅是因为当接近再电离的尾端时，对莱曼连续谱光子来说光学厚度较大的吸收系统的入射率会增加。我们的模拟表明，这些数据不需要IGM中性分数从z=6-7的几十个百分点的大的变化，但可能是在典型的平均自由程的快速减少的指示电离光子预期在最后阶段的再电离。
2012-11-21 astro-ph.CO
A Detection of $z$~2.3 Cosmic Voids from 3D Lyman-$α$ Forest Tomography in the COSMOS Field
我们提出了最远的宇宙空洞（$z \sim 2.3$）的检测和莱曼- $α$森林中的三维空洞的第一次检测。我们使用了一个3D的吸收层析成像图与有效的共同运动的空间分辨率的$2.5\,h^{-1}\mathrm{Mpc}$和体积的$3.15\times 10^5\,h^{-3}\mathrm{Mpc}^3$，这是重建从中等分辨率的BROCK-I/LRIS光谱的240个背景莱曼break星系和类星体在一个$0.16\,\mathrm{deg}^2$足迹在COSMOS领域。空洞是用一个球形的超密度探测器探测到的，该探测器是根据星系际介质的流体动力学模拟校准的。这使我们能够识别IGM中的空隙对应于底层物质密度场中的空隙，在数据（19.5%）和模拟（18.2%）中产生一致的空隙体积分数。我们拟合偏移集模型的空隙半径函数和比较径向平均堆积的大空隙（$r > 5$ $h^{-1}$ Mpc）堆叠的空隙在模拟观测和模拟密度场。与432个同时代的星系光谱红移在相同的体积的层析成像地图相比，我们发现，层析成像识别的空隙是undersense星系的5.95 $σ$相比，随机细胞。
2018-06-26 astro-ph.CO
Lyman-alpha Forests cool Warm Dark Matter
keV尺度粒子的自由流动影响了遥远类星体莱曼α森林探测尺度上的结构生长。使用SDSS第九次数据发布的中分辨率类星体光谱的前所未有的大样本，以及一组最先进的流体动力学模拟来模拟非线性区域中的莱曼-α森林，我们发布了迄今为止最严格的边界之一，仅从$α$数据，纯暗物质粒子：对于早期退耦的热遗迹，如假设的引力子，我们给出了$m_X > 4.09 \: \rm{keV}$（95% CL），而对于非共振产生的右手中微子，我们给出了相应的$m_s > 24.4 \: \rm{keV}$（95% CL）。这个极限取决于$n_s$的值，普朗克测量到的$n_s$的值比SDSS-III/BOSS的值高。因此，当Ly- $α$数据与普朗克2016年的CMB数据相结合时，我们的边界略有变化。限值变为$m_X > 2.96 \: \rm{keV}$（95% CL）和$m_s > 16.0 \: \rm{keV}$（95% CL）。由于SDSS-III数据具有更小的不确定性和覆盖更大的红移范围比SDSS-I数据，我们的界限证实了最严格的结果建立了以前的工作，并进一步与一个纯粹的非共振产生的不育中微子作为暗物质。
2016-07-20 astro-ph.CO
Minimally Parametric Power Spectrum Reconstruction from the Lyman-alpha Forest
目前的结果从莱曼α森林假设的原始功率谱的密度扰动遵循一个简单的幂律形式，运行。我们提出的第一个分析莱曼阿尔法数据研究放松这个强有力的假设对原始和天体物理约束的影响。我们进行了大量的数值模拟，使用它们来校准一个最小的参数框架来描述功率谱。结合交叉验证，一种防止数据过度拟合的统计技术，该框架允许我们在没有强先验假设的情况下重建功率谱形状。我们没有发现偏离尺度不变性的证据;我们的分析还表明，目前的莱曼α数据没有足够的统计能力来鲁棒地探测这些尺度下的功率谱形状。相比之下，正在进行的重子振荡巡天（BOSS）将能够以高精度做到这一点。此外，这些近期的数据将能够打破功率谱形状和天体物理参数之间的简并性。
2011-03-31 astro-ph.CO
Measurement of the small-scale 3D Lyman-$α$ forest power spectrum
本文提出一种基于一维傅里叶变换平均的低成本方法，测量小尺度莱曼-α森林三维功率谱，并在模拟和eBOSS DR16数据中验证，为未来巡天解开P1D简并性提供潜力。
2024-05-22 astro-ph.CO
Diagnosing galactic feedback with the line broadening in the low redshift Lyman-alpha forest
我们比较了低红移（z ~ 0.1）莱曼α森林流体动力学模拟的数据从宇宙起源光谱仪（COS）。我们发现之间的紧张关系的观察到的线的数量与b-参数在25-45公里/秒的范围内，并从模拟的预测，无论是积极的反馈活动星系核或完全排除反馈。这些模拟中的气体分别是太热而不能促进莱曼-α吸收或太冷而不能产生所需的线宽。因此，匹配所观察到的b-参数分布需要反馈过程，该反馈过程在没有碰撞（过度）电离氢的情况下热或有害地加宽吸收特征。这表明莱曼α森林b参数分布是一个有价值的诊断星系反馈在低红移宇宙。我们进一步证实，低红移莱曼α森林柱密度分布可以通过紫外背景更好地再现，HI光电离率比Haardt & Madau（2012）预测的高1.5-3倍。
2017-03-20 astro-ph.CO astro-ph.GA
Limits on non-canonical heating and turbulence in the intergalactic medium from the low redshift Lyman-alpha forest
我们研究的列密度分布函数（CDDF）和多普勒参数分布的流体动力学模拟和宇宙起源光谱仪（COS）观测的莱曼α森林在红移$0\leq z\leq 0.2$。考虑到元银河系HI光电离率的两个不确定性因素，我们的流体动力学模拟与HI柱密度$10^{13.3}\rm\,cm^{-2}\leq N_{\rm HI}\leq 10^{14.5}\rm\,cm^{-2}$下观察到的CDDF的形状和幅度吻合得很好（$1$ - $1.5σ$）。然而，模拟线的多普勒宽度相对于COS数据仍然太窄。我们认为，调用活动星系核反馈并不能解决这个矛盾。我们也不赞成增强的光加热率作为一个潜在的解决方案，因为这需要一个非物理硬UV背景光谱。如果转而求助于非规范热源，则对于通过$z=0.1$具有$N_{\rm HI}\simeq 10^{13.5}\rm\,cm^{-2}$的气体，需要在$z\lesssim 2.5$处注入额外的$u \lesssim 6.9\rm\,eV\,m_{\rm p}^{-1}$比热。或者，对于扩散IGM中的最冷气体，可能存在$v_{\rm turb}\lesssim 8.5\rm\,km\,s^{-1}(N_{\rm HI}/10^{13.5}\rm\,cm^{-2})^{0.21}$的未解析视线湍流速度分量。
2022-03-25 astro-ph.CO astro-ph.GA
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
Measurement of the small-scale structure of the intergalactic medium using close quasar pairs
星系际介质（IGM）中扩散气体的分布在被称为莱曼- $α$森林的遥远背景类星体的光谱上留下了一系列氢吸收线。宇宙流体动力学模拟预测，IGM密度波动被抑制在一个特征尺度以下，其中热压力平衡重力。我们测量了这种压力平滑规模量化吸收相关性的样本密切类星体对。我们将我们的测量结果与流体动力学模拟进行了比较，其中压力平滑由IGM的综合热历史确定。我们的研究结果是一致的标准模型的光致电离加热的紫外线辐射背景，再电离宇宙。
2017-04-26 astro-ph.CO
Baryonification: An alternative to hydrodynamical simulations for cosmological studies
University of Zurich（苏黎世大学）；ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；The University of Manchester（曼彻斯特大学）；University of Groningen（格罗宁根大学）；Stockholm University（斯德哥尔摩大学）；Princeton University（普林斯顿大学）；Leiden University（莱顿大学）
BFC模型通过重子化N-body模拟替代流体动力学模拟，实现对宇宙学研究的高精度预测。
2025-12-10 astro-ph.CO
The evolution of the Lyman-alpha forest effective optical depth following HeII reionisation
三个独立的观测研究现在已经检测到一个狭窄的（Δz ~ 0.5）倾角中心在z=3.2，否则平滑的红移演变的Lya森林有效光学厚度。这一特点以前被解释为一个间接的签名快速光加热的IGM在时代的HeII再电离。我们研究这种解释使用半解析模型的非均匀HeII再电离和高分辨率流体动力学模拟的Lya森林。相反，我们发现，从z=3.4开始，IGM温度（ΔT ~ 10^4 K）的快速（Δz ~ 0.2）提升会在Lya有效光学深度中产生一个很好理解的和通用的演变，其中不透明度的突然降低之后是主要由低密度IGM中的绝热冷却驱动的逐渐单调恢复。这种行为与观测数据中的狭窄特征不一致。如果像最近的理论研究所建议的那样，在HeII再电离过程中的光加热被扩展到几个红移单位，那么Lya不透明度将随着红移而平稳地演变。我们的结论是，在Lya森林中观察到的有效光学深度的急剧下降，而不是最有可能是由于在z=3.2左右的氢光电离率的窄峰，并建议它可能会出现从调制的任何再处理的辐射在HeII再电离，或莱曼极限系统的不透明度。
2009-04-16 astro-ph.CO
Lyman-$α$ forest holography: 3D predictions from 1D measurements
Institut de Física d’Altes Energies (IFAE), The Barcelona Institute of Science and Technology（高能物理研究所，巴塞罗那科学技术学院）；Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats（加泰罗尼亚研究高级学院）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；Department of Physics, Boston University（波士顿大学物理系）；IRFU, CEA, Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学CEA IRFU）；Instituto Avanzado de Cosmología A. C.（先进宇宙学研究所）；Instituto de Ciencias Físicas, Universidad Nacional Autónoma de México（墨西哥国立自治大学物理科学研究所）；Instituto de Física, Universidad Nacional Autónoma de México（墨西哥国立自治大学物理研究所）；Institute for Astronomy, University of Edinburgh（爱丁堡大学天文学研究所）；Dipartimento di Fisica “Aldo Pontremoli”, Università degli Studi di Milano（米兰大学阿尔多·蓬特莫利物理系）；INAF-Osservatorio Astronomico di Brera（意大利国家天体物理研究所布雷拉天文台）
本研究提出ForestFlow模拟器，将莱曼-阿尔法森林的一维与三维聚类分析结合，利用DESI数据得到三维聚类模型预测，验证了方法并揭示两种探测的互补约束能力。
2026-07-31 astro-ph.CO
Galactic outflows and the kinematics of damped Lyman alpha absorbers
阻尼莱曼α吸收体（DLAs）的运动学很难在分层星系形成模型中再现，特别是在宽星系占优势的情况下。我们调查DLA运动学在z=3使用高分辨率宇宙流体动力学模拟，包括一个启发式模型的星系外流。没有流出，我们的模拟无法产生足够宽的DLA，在以前的研究。流出，预测的DLA运动学更好地与观察一致。比较两个外流模型，我们发现，基于动量驱动的风缩放模型提供了最好的匹配所观察到的DLA运动统计的Prochaska & Wolfe。在这个模型中，DLA通常出现在距离星系几千秒差距的地方，这些星系可以在发射中识别出来。窄的DLAs可以产生于任何晕和星系质量，但宽的DLAs只产生于质量大于10^11 Mo的晕，无论是大的中心星系还是小的卫星星系。这意味着，这种外流模型的成功源于最有效地将气体从生活在较大晕中的小卫星星系中推出。相对于较小的光环，这增加了大光环的横截面，从而产生更广泛的运动学。我们的模拟不包括辐射转移的影响或详细的金属跟踪，和外流的模拟，但他们强烈建议，银河系外流是理解DLA运动学的核心。一个有趣的结果是，DLA运动学可能会限制从高Z星系的气体喷射的性质和效率。
2010-08-27 astro-ph.CO
Particle initialization effects on Lyman-$α$ forest statistics in cosmological SPH simulations
本文通过控制变量的宇宙学 SPH 模拟，评估粒子初始化及相关算法选择对 Lyman-α 森林功率谱和 PDF 的影响，发现常用玻璃/网格混合初始化可导致小尺度近 50% 的尺度依赖畸变并偏置暗物质参数推断。
2024-02-29 astro-ph.CO
The Lyman-alpha forest in a blazar-heated Universe
直到最近，人们才意识到耀变体的TeV辐射可以通过产生高能电子和正电子对来显著加热星系际介质（IGM），这反过来又激发了剧烈的等离子体不稳定性，导致对的动能的局部耗散。在这项工作中，我们使用宇宙流体动力学模拟的影响，这耀变体加热的莱曼α森林在红移z~2-3。我们发现，耀变体加热产生的IGM倒置的温度-密度关系，自然解决了许多问题，在以前的模拟森林，包括光加热。特别是，我们的模拟与耀变体加热同时再现观测到的有效光学深度和温度作为红移的函数，观测到的透射通量的概率分布函数，和观测到的通量功率谱，在整个红移范围2<z<3分析。此外，通过将莱曼-α森林分解成热加宽的各条线的总和，我们发现与观察到的线宽分布和中性氢柱密度丰度的下限一致。使用宇宙紫外线（UV）背景的最新限制，这种与观测结果的良好一致性不需要重新调整UV背景的幅度;过去经常使用的程序是匹配观测到的透射通量水平。我们还表明，我们的耀变体加热模型匹配的数据比标准模拟更好，即使这样的重新缩放是允许的。莱曼-α数据和基于最新宇宙学参数的模拟之间的这种一致性表明，blazar加热的包含消除了以前对来自莱曼-α测量和其他宇宙学数据的sigma_8的约束的紧张关系。[删节]
2012-02-16 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
The Lyman-limit photon mean free path at the end of late reionisation in the Sherwood-Relics simulations
本研究利用Sherwood-Relics模拟发现晚期再电离结束时的Lyman极限光子平均自由程与观测一致，并揭示了电离气泡在z>10星系可见度中的关键作用。
2024-08-28 astro-ph.CO
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
Weighted FFT estimators for 1D and 3D correlations of the Lyman-$α$ forest
本文提出通过计算窗口矩阵对掩蔽像素和像素权重的影响进行前向建模，使基于FFT的估计器能够用于莱曼-α森林的一维和三维相关性测量，并通过模拟验证了方法有效性，为DESI数据的精确聚类分析奠定基础。
2025-05-05 astro-ph.CO
The Lyman alpha forest flux probability distribution at z>3
我们从一组八个高分辨率类星体光谱中测量了莱曼α通量概率分布函数（PDF），其发射红移为3.3 < z < 3.8。我们仔细研究了金属吸收线对PDF形状的影响。金属在较低的红移对PDF测量有较大的影响，那里有较少的莱曼α吸收线。这可能是由于与莱曼α吸收线混合的金属线数量增加，朝向更高的红移，但也可能是由于随着回望时间的增加，星系际介质中的金属越来越少。我们还提供了一个新的测量的红移演化的有效光学深度，tau_eff，在2.8 < z < 3.6，并没有发现任何证据偏离幂律演化的log（tau_eff）-log（1+z）平面。此外，通量PDF测量对于研究z ~ 3处星系际介质（IGM）的热状态也是有意义的。通过比较PDF的最先进的宇宙学流体动力学模拟，我们把约束的IGM的温度，并比较我们的结果与以前的测量的PDF在较低的红移。在红移z=3时，我们的新PDF测量与等温温度-密度关系T=T_0 Delta^{gamma-1}一致，平均密度时的温度为T_0 = 19250 +/- 4800 K，斜率gamma=0.90+/-0.21（1 sigma不确定性）。相比之下，在z<3时，与先前PDF测量的联合约束有利于反转（伽马<1）温度-密度关系，T_0=17900 +/- 3500 K和伽马=0.70 +/- 0.12，与先前的分析广泛一致。
2012-02-14 astro-ph.CO
