Spatial fluctuations of the intergalactic temperature-density relation after hydrogen reionization
再电离后IGM的热状态对再电离的时间和电离源的性质敏感。我们在这里模拟了IGM的热状态在宇宙学辐射转移模拟一个现实的，扩展的，空间不均匀的氢再电离过程，仔细校准与Ly-alpha森林数据。我们将这些与使用空间均匀电离背景运行的宇宙学模拟进行比较。与现实的增长的电离区域和现实的传播再电离红移的模拟显示，正如预期的那样，显着的空间波动的温度-密度关系（TDR）的后再电离IGM。最近电离的区域是最热的，并表现出较平坦的TDR。在与从Ly-alpha森林数据推断的平均TDR一致的模拟中，这些空间波动对IGM在z ~ 4-6处的Ly-alpha不透明度的统计特性具有中等但显著的影响。在精确测量IGM的热性质和来自Ly-alpha森林数据的暗物质在此红移范围内的自由流时，应考虑到这一点。然而，我们的模拟预测的TDR的空间变化比解释z > 5.5时在大尺度（> 50 Mpc/h）上观察到的大空间不透明度波动所需的小约两倍。
2018-05-16 astro-ph.CO
The environmental dependence of neutral hydrogen in the GIMIC simulations
利用银河系-星系际介质相互作用计算（GIMIC）的宇宙流体动力学模拟方法，研究了z=0时模拟星系外围中性氢气体的分布及其与环境的关系.这种气体目前可以直接探测，例如，通过观察背景类星体的Ly $α$吸收。无线电设施，如平方公里阵列，将提供一个互补的探测弥漫HI的发射，并将限制物理基础的吸积和反馈机制之间的复杂的相互作用，影响星系际介质。我们提取了一个样本的488个星系的平均宇宙密度GIMIC区域的重新模拟。我们估计这些星系的中性氢含量和周围的星系际介质内，他们居住。我们调查的平均HI径向配置文件通过堆叠的个人配置文件，根据质量和环境。我们发现高HI柱密度在大碰撞参量的组环境和显着较低的HI密度的非组星系。我们认为，这些结果可能产生的冲压压力剥离和潮汐相互作用的组合效应存在于组环境。
2013-12-11 astro-ph.CO
A New Constraint on the Simulation of the Intergalactic Medium through the Evolution of the Neutral Hydrogen Fraction in the Epoch of Reionization
本研究利用21cmFAST模拟星系际介质，通过比较不同初始条件下中性氢分数演化与观测数据，排除了大量模型，仅保留少数高精度符合观测的模拟，从而对热历史关键参数施加新约束。
2023-06-22 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
The effect of intergalactic helium on hydrogen reionisation: implications for the sources of ionising photons at z > 6
利用流体动力学模拟结合宇宙学辐射转移程序CRASH研究了氦对氢再电离的影响。模拟运行在一个35.12/h的共动Mpc箱使用各种假设的振幅和幂律极端紫外（EUV）光谱指数，α，电离发射率。我们使用的电离源，确保所有的模型是一致的汤姆逊散射的光学深度和氢的光电离率在z=6的约束的经验激励的处方。由于少量的电离光子使中性氦而不是氢重新电离，氦的加入稍微延迟了再电离。然而，氦对IGM的热状态具有显著影响。具有α =3的模型在z=6处的平均密度下产生IGM温度，与没有氦光加热的模型相比，IGM温度高约20%。更硬的EUV指数产生甚至更大的IGM温度提升。与最近观测到的z=5 - 6的IGM温度估计值相比，氢再电离主要是由具有软EUV指数α <3的pop-II恒星源驱动的。我们还发现，微弱的，尚未检测到的星系，其特征是光度函数与陡峭的暗端斜率和增加莱曼连续逃逸分数（fesc=0.5），需要重现电离发射率在我们的模拟中使用的z>6。最后，我们注意到，最近的观测约束表明IGM在体积z=7时> 10%是中性的，而对z=6时电离发射率的估计表明在哈勃时间内每个氢原子只发射1到3个电离光子。该张力可以通过在z=7处的较低中性分数或在z=6处仍保持几个体积%中性的IGM来减轻。
2012-03-12 astro-ph.CO
Large-scale BAO signatures of the smallest galaxies
最近的研究表明，在高红移时，暗物质和重子气体之间的相对速度通常是超音速的。这种相对速度抑制了最早的重子结构（如微晕）的形成，并且这种抑制在大尺度上受到调制。这种效应在最早期结构的聚簇功率谱中留下了特征形状的印记，在100 Mpc尺度上具有显著的功率，具有高度显著的重子声学振荡。这些振荡的振幅在z=20处比先前预期的大几个数量级。这个特征信号可以让我们区分在再电离之前和再电离过程中小晕对星系际气体的影响。我们说明了这种效果与21厘米发射和吸收的红移过程中和再电离前的例子。这种效应可能使我们能够利用100 Mpc尺度的观测来探测kpc尺度的物理学。我们目前的灵敏度预测FAST和阿雷西博。根据参数的不同，这种增强的结构可能在z=15-20附近的红移处被阿雷西博探测到，并且使用适当的仪器，FAST可以高精度地测量BAO的功率谱。原则上，这种效应也可能对通过观测低红移的BAO特征来限制暗能量的努力构成严重挑战。
2010-09-23 astro-ph.CO
Absorption of Gravitons and Photon Luminosities of Interstellar/Intergalactic Hydrogen Atoms
Institute of Nuclear and Particle Physics, NCSR ”Demokritos”（德谟克利特国家科学研究中心核与粒子物理研究所）；School of Physics and Astronomy, Sun Yat-Sen University（中山大学物理学院）；School of Science, Quantum Optoelectronics Lab, Westlake University（西湖大学理学院）
基于Weinberg、Gould、Dyson等人的结果，计算氢原子对引力子的吸收和发射率，提出通过测量星际和星系际氢原子光子光度比的过剩来间接探测引力子。
2026-07-02 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Probing the physical properties of the intergalactic medium using gamma-ray bursts
我们使用伽玛射线暴（GRB）光谱总连续吸收估计的关键星系际介质（IGM）的性质的氢柱密度（$\mathit{N}\textsc{hxigm}$），金属丰度，温度和电离参数的红移范围内的$1.6 \leq z \leq 6.3$，使用光电离（PIE）和碰撞电离平衡（CIE）模型的电离等离子体。我们使用更现实的主机金属量，灰尘校正，在可用的情况下，在生成主机吸收模型，假设主机固有的氢柱密度等于从UV光谱（$\textit{N}\textsc{h}\/\ \textsc{i,ic}$）测得的电离校正的固有中性柱。我们发现，IGM属性的结果是相似的，无论该模型假设所有的PIE或CIE。$\mathit{N}\textsc{hxigm}$的尺度为$(1 + z)^{1.0\/\ -\/\ 1.9}$，$z = 0$的等效氢平均密度为$n_0 = 1.8^{+1.5}_{-1.2} \times 10^{-7}$ cm $^{-3}$。金属丰度范围从$z \sim 2$处的$\sim0.1Z\sun$到红移$z > 4$处的$\sim0.001Z\sun$。PIE模型意味着与CIE相比，平均金属丰度随红移的下降速度较慢。在CIE下，温度范围在$5.0 <$ log $(T/$ K $)<\/\ 7.1$之间。对于PIE，电离参数范围在$0.1 <$ log $(ξ) < 2.9$之间。使用我们…
2021-02-04 astro-ph.CO
Analytical Models of the Intergalactic Medium and Reionization
再电离是宇宙中的氢（和氦）被来自第一光源的辐射电离的过程。从理论上讲，再电离的重要性在于它与第一宇宙结构的形成密切相关，因此在模拟这一过程方面付出了相当大的努力。我们给出了一个教学概述不同的分析方法用于建模再电离。我们还讨论了不同的意见有关的再电离，并展示了如何使用它们来约束再电离的历史。
2009-04-29 astro-ph.CO
Absorption effects in the expanding Universe: spectral transmittance functions of the intergalactic medium for distant sources
Jilin University（吉林大学）；Ivan Franko National University of Lviv（利沃夫伊万·弗兰科大学）；National Antarctic Scientific Center（国家南极科学中心）；Main Astronomical Observatory of NASU（乌克兰国家科学院主要天文台）
研究高红移源在5≤z≤15红移范围内的宽吸收凹陷形成，分析星系际介质中中性氢和氦的吸收特性，推导光谱透射函数并提供观测约束下的闭合表达式。
2026-09-22 astro-ph.CO
IGMtransmission: A Java GUI to model the effects of the Intergalactic Medium on the colours of high redshift galaxies
IGMtransmission是一个Java图形用户界面，它实现了蒙特卡罗模拟来计算高红移星系由于星系际衰减而对颜色的修正。吸收由于中性氢的影响被认为是，特别注意莱曼极限系统的随机效应。衰减曲线的产生，以及广泛的过滤器的响应和模型星系光谱的颜色。可随时上传备选滤波器响应曲线和频谱。该代码可从http://code.google.com/p/igmtransmission免费获得。它在GNU通用公共许可证v.3下授权。
2011-05-31 astro-ph.CO
Quasar Ionization Front Lyα Emission in an Inhomogeneous Intergalactic Medium
类星体在再电离过程中的电离前沿（T ~ 30，000 K，中性氢分数~ 0.5）的条件是通过氢原子的碰撞激发产生莱曼α发射的理想条件。对这种辐射的观测，可以在天空中对向大于10弧分的$^2$，将明确地证明在所观测的时期存在中性星系际介质，对再电离的进展施加有价值的限制。我们发现，预期的莱曼α表面亮度明显弱于先前确定的，可能是不可能观察到与当前和不久的将来的仪器。过去的工作计算了莱曼α发射从类星体电离前在均匀介质中的聚集因子近似占不均匀性。我们发现，使用一维辐射转移计算，这种近似高估了发射的一个因素>3。我们的计算模型的电离光子的传播和计算莱曼α发射类星体电离前沿的视线从流体动力学宇宙学模拟在z = 7.1。为了更好地理解发射的物理性质，我们还开发了一个分析模型，准确地描述了完整的辐射转移计算的结果。
2014-09-02 astro-ph.CO
Particle mesh simulations of the Lyman-alpha forest and the signature of Baryon Acoustic Oscillations in the intergalactic medium
我们提出了一套超大粒子网格模拟的LyA森林的目标是了解的重子声学振荡（BAO）在星系间介质的印记。我们使用9只暗物质的模拟，可以，第一次，同时解决金斯尺度的星系际气体，同时涵盖了大量的需要充分采样的声学功能。模拟吸收光谱使用波动耿-彼得森近似产生，具有近似正确的通量概率密度函数（PDF）和小尺度功率谱。在更大的尺度上，在红移空间的关联函数中有明显的声学特征的证据，它与具有恒定偏差的线性理论模板相匹配。我们公开提供的这些光谱可用于测试管道，计划未来的实验和模拟各种物理效应。作为一个例子，我们讨论了森林中的声信号的基本性质，噪声和源数密度的误差缩放，修改统计处理平均通量演变和误判，和非引力源，如光电离背景和温度波动的波动由于HeII再电离。
2010-02-27 astro-ph.CO
Simulations of BAO reconstruction with a quasar Lyman-alpha survey
用星系际介质中的中性氢密度作为物质密度的示踪物，可以抑制重子声振荡（BAO）对物质功率谱的影响。斯隆数字巡天（SDSS-III）的重子振荡光谱巡天（BOSS）的目标之一是从IGM中的BAO信号导出哈勃膨胀率和角标度。为此，我们将在红移范围2.2<z<3.5和10，000 deg^2以上观测到10^5个类星体的莱曼α森林。我们模拟了BOSS类星体巡天，以估计这样一个大规模的巡天所提供的BAO尺度测定的统计精度。特别是，我们讨论的效果不好的约束估计的未吸收的本征类星体光谱。目前N体模拟的体积太小，这样的研究，我们诉诸高斯随机场（GRF）模拟。我们通过比较GRF模拟的输出与具有相同初始条件的Horizon N体模拟的输出来验证GRF的使用。生成类星体Lyman-α森林的真实模拟样本，计算其功率谱并拟合得到BAO尺度。100个不同模拟结果的均方根提供了BOSS调查预期统计误差的估计。我们证实了Fisher矩阵估计的结果。在没有未吸收类星体光谱误差的情况下，BOSS类星体巡天应该测量BAO尺度，误差约为2.3%，或者分别测量横向和径向BAO尺度，误差分别约为6.8%和3.9%。BAO检测的显著性通过平均值Δ x^2 =17来评估，但对于个体实现，Δ x^2的范围为2至35。未被吸收的类星体光谱上的误差使BAO尺度上的误差增加了10%到20%，并导致了低于百分之一的偏差。
2011-07-21 astro-ph.CO
Heating of the intergalactic medium by the cosmic microwave background during cosmic dawn
在宇宙中第一批恒星形成之前，星系际介质预计将处于最冷点。受最近EDGES实验结果的启发，我们重新审视了这一时期中性气体动力学温度的标准计算。当第一个紫外线（UV）源打开时，光子红移到中性氢的莱曼线中，并在莱曼- $α$线内反复散射。他们通过原子反冲加热气体，并通过Wouthuysen-Field效应，设定氢原子21厘米超精细（自旋翻转）线的自旋温度，与共振宇宙微波背景（CMB）光子竞争。我们表明，莱曼- $α$光子也调解CMB光子和热运动的氢原子之间的能量转移。在没有X射线加热的情况下，这种新的机制是对热冷却气体温度的主要修正（$\sim 10 \%$在$z=17$），并且是以前计算中发现的加热速率的几倍。我们还发现，在非标准的情况下，无论是增强CMB以上的无线电背景或调用新的物理来冷却气体，以解释EDGES结果的效果是更显着的。与无线电背景的耦合可以将21厘米吸收特征的深度相对于没有加热源的情况减少几乎两倍，并防止该特征形成平坦的底部。作为产生吸收特征的UV背景的不可避免的结果，在任何理论预测中都应该考虑这种加热。
2018-04-06 astro-ph.CO
(Nearly) Model-Independent Constraints on the Neutral Hydrogen Fraction in the Intergalactic Medium at $z\sim 5-7$ Using Dark Pixel Fractions in Ly$α$ and Ly$β$ Forests
宇宙再电离是星系际介质（IGM）中氢从中性到高度电离的最后一次主要相变。目前的观测表明，IGM在$z>7$处是显著中性的，并且大部分被$z\sim5.5$电离。然而，大多数测量IGM中性分数的方法是高度依赖于模型的，并且限于IGM的体积平均中性分数相对较低（$\bar{x}_{\rm HI} \lesssim 10^{-3}$）或接近于1（$\bar{x}_{\rm HI}\sim 1$）时。特别是，中性分数的IGM在$z=6-7$的临界红移范围内的演变是约束不足。通过分析$5.73<z<7.09$上的$53$类星体的深光谱，提出了在$z\sim5.1-6.8$上对$\bar{x}_{\rm HI}$的新的约束。我们推导出模型独立的上限中性氢分数的基础上确定的莱曼$α$（Ly $α$）和莱曼$β$（Ly $β$）森林中的“暗”像素的分数，没有任何假设的IGM模型或类星体连续体的内在形状。他们是第一个模型独立的约束IGM中性氢分数在$z\sim6.2-6.8$使用类星体吸收测量。我们的结果给出了$\bar{x}_{\rm HI}(z=6.3) < 0.79\pm0.04$（1 $σ$）、$\bar{x}_{\rm HI} (z=6.5) < 0.87\pm0.03$（1 $σ$）和$\bar{x}_{\rm HI} (z=6.7) < 0.94^{+0.06}_{-0.09}$（1 …
2022-11-22 astro-ph.CO astro-ph.GA
Using realistic host galaxy metallicities to improve the GRB X-ray equivalent total hydrogen column density and constrain the intergalactic medium density
已知GRB等效氢柱密度（NHX）随红移而变化，并且通常NHX大于GRB宿主中性氢柱密度。我们编制了大量GRB NHX和金属丰度[X/H]的数据样本。本文的主要目的是通过使用实际的金属丰度为我们的样本生成改进的NHX，在可用于检测的情况下进行了尘埃校正，并且对于剩余的GRB，使用太阳标准调整的更现实的平均固有金属丰度。然后，通过近似的伽玛射线暴主机固有的氢柱密度使用测量的中性柱（NHI，IC）调整的电离分数，我们隔离星系际介质（IGM）的贡献更准确的估计。从36个GRB样本中，GRB样本的平均金属丰度为= -1.17+/-0.09 rms（或0.07+/-0.05 Z/Zsol），红移为1.76 < z < 5.91，大大低于用作许多拟合NHX标准的太阳金属丰度假设。较低的伽玛射线暴宿主平均金属丰度导致NHX估计值增加，其红移校正标度为log（NHX cm-2）=（0.59+/-0.04）log（1+z）+ 0.18+/-0.02。在我们的样本中，在128个具有NHX和NHI，IC数据的GRB中，只有6个具有NHI，IC > NHX，当根据实际金属丰度进行修正时，与假设太阳金属丰度时的32个相比。修正后的NHX-NHI，IC的下包络线与红移的关系可用log（NHX-NHI，IC cm-2）=20.3 + 2.4log（1+z）拟合.这被认为是最大IGM氢柱密度作为红移的函数的估计。使…
2020-05-05 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Streaming Velocity Effects on the Post-reionization 21 cm Baryon Acoustic Oscillation Signal
早期宇宙中重子与暗物质之间的相对速度可以抑制小尺度重子结构的形成，并在再电离后的低红移处留下重子声学振荡（BAO）的印记。这种“流动速度”通过直接减少可能被再电离破坏的预先存在的小晕（$\lesssim 10^7 M_{\bigodot}$）的丰度和通过这些小晕内的光电离间接调制再电离历史来影响再电离后气体分布。在这项工作中，我们调查的BAO功能在HI 21厘米强度映射再电离后的流动速度的影响，重点是红移$3.5\lesssim z\lesssim5.5$。我们建立了一个空间调制晕模型，该模型考虑了星系际气体的局部再电离红移和热历史对过滤质量的影响。在我们的基准模型中，我们发现各向同性流动速度偏差系数$b_v$的范围从$z=3.5$处的$-0.0043$到$z=5.5$处的$-0.0273$，这表明BAO尺度被拉伸（即，峰移动到较低的PDMATHAMT）。特别地，流动速度使横向BAO标度在0.121%（$z=3.5$）和0.35%（$z=5.5$）之间移动，并且使径向BAO标度在0.167%（$z=3.5$）和0.505%（$z=5.5$）之间移动。这些变化超过了HI中更雄心勃勃的半球尺度调查的预测误差条（$1σ$每$Δz = 0.5$箱0.13%）。
2022-03-07 astro-ph.CO
Lyman-alpha Heating of Inhomogeneous High-redshift Intergalactic Medium
在再电离期之前的星系际介质（IGM）主要由中性氢气组成。早期恒星产生的Ly-alpha光子共振散射氢原子，导致辐射场和气体之间的能量交换。这种相互作用的结果在适度加热的气体由于反冲的原子散射后，这是非常感兴趣的未来研究的预再电离IGM在HI 21厘米线。我们调查的影响，这Ly-alpha加热的IGM与线性密度，温度和速度扰动。由于Ly-alpha光子的热传导，小于光子扩散长度的扰动可以被阻尼。阻尼发生的尺度和这种效应的强度取决于气体的各种性质，Ly-alpha光子的通量以及光子频率在散射时重新分布的方式。为了找到相关的长度尺度和Ly-alpha加热影响微扰的程度，我们通过数值求解线性化玻尔兹曼方程来计算气体加热速率，其中散射由福克-普朗克近似处理。我们发现：（1）微扰对气体加热速率增加了一个小的修正;（2）温度微扰的衰减发生在同向波数k>10^4 Mpc^{-1}的尺度上，这比金斯尺度小得多，因此不太可能对观测到的21 cm信号产生实质性影响。
2013-12-12 astro-ph.CO
Heating of the Intergalactic Medium by Hydrogen Reionization
在再电离过程中，星系际介质被超音速电离锋（I-锋）脉冲加热。I-锋后的峰值气体温度$T_\mathrm{reion}$是再电离后热历史模型中的一个关键不确定性。在这里，我们使用高分辨率的辐射转移模拟研究的参数空间的$T_\mathrm{reion}$。我们发现，$T_\mathrm{reion}$是只有温和的敏感性的入射辐射的光谱在大多数的参数空间，温度主要由I-前速度。我们还探讨了目前的再电离模型预测$T_\mathrm{reion}$通过测量I-前速度在宇宙学辐射转移模拟。我们发现，后I-前的温度演变向更热的值作为再电离的进展。$T_\mathrm{reion} = 17,000-22,000$ K的温度在再电离的前半部分是典型的，但如果I-锋速度达到$\sim10^4$ km/s，如我们的模拟所发现的，则可能在该过程接近结束时达到$T_\mathrm{reion} = 25,000 - 30,000$ K。较短的再电离时期导致较热的$T_\mathrm{reion}$。我们讨论了$z>5$ Ly $α$森林观测的影响，其中可能包括视线通过热，最近再电离补丁的宇宙。从我们的参数空间研究的插值表是公开的，随着一个简单的适合的依赖$T_\mathrm{reion}$的I-前速度。
2019-04-02 astro-ph.CO astro-ph.GA
Probing the parameters of the intergalactic medium using quasars
我们继续我们的系列论文星系际介质（IGM）示踪剂使用类星体（QSO），检查伽马射线暴（GRB）和耀变体在早期的研究。我们估计IGM的氢柱密度（Nhxigm），温度和金属丰度使用XMM-牛顿类星体光谱在一个大的红移范围内，与碰撞电离平衡（CIE）模型的电离等离子体。的Nhxigm参数的结果是强大的内在的幂律，光谱计数，反射峰和软过剩功能。有范围的光度偏差的光度和Nhxigm规模与红移，但我们发现这不太可能考虑到一致的IGM参数结果在其他示踪剂类型的审查。插入高柱密度吸收器的影响被发现是最小的。来自类星体样本的Nhxigm标度为（1 + z）^1.5 +/-0.2。z = 0时的平均氢密度为n 0 =（2.8 +/- 0.3）x 10^-7 cm^-3，整个红移范围内的平均IGM温度为log（T/K）= 6.5+/-0.1，平均金属丰度为[X/H] = -1.3+/-0.1（Z 0.05）。与我们以前的GRB和blazar示踪剂聚合，我们得出结论，我们已经提供了IGM的贡献，并在光谱中看到的总X射线吸收的证据。这些结果是基于IGM所使用的必要的简化板模型，由于目前的X射线数据无法约束IGM红移分布
2022-03-20 astro-ph.CO
The heating rate of the Intergalactic Medium by Lyman-$α$ photon scattering
Institute for Astronomy, University of Edinburgh（爱丁堡大学天文研究所）；Royal Observatory of Edinburgh（爱丁堡皇家天文台）
研究星系际介质中中性氢温度与21厘米宇宙黎明射电吸收特征强度的关系，用数值解精确辐射传输方程计算高红移点源的莱曼-α光子加热效率，发现其比常用扩散近似计算的率小几倍。
2026-07-07 astro-ph.CO
Thermal state of the intergalactic medium at $z\sim2-4$
本文提出了一种新的方法来推断星系际介质在$z\sim 2-4$再电离后时期的温度-密度关系参数。该方法是基于对Ly $α$吸收体分布随柱密度和多普勒参数的变化的分析。这种方法使我们能够测量的幂律指数$γ$的温度-密度关系和一定的组合的温度下的平均密度$T_0$和氢光电离率$Γ$。为了分别估计$T_0$和$Γ$，我们采用了Ly $α$森林有效不透明度和模型气体概率密度函数的测量。我们发现，$γ$往往低于1.6，并在红移$\sim3$达到1.3。在所研究的红移范围内，平均密度下的推断温度为$\sim(2\pm0.5)\times10^4$ K。这两种估计都有利于He II在$z\gtrsim3$的再电离。我们发现氢的光电离速率为$\sim0.6\times10^{-12}$ s $^{-1}$，这与以前的测量结果是一致的。
2019-10-29 astro-ph.CO astro-ph.GA
An updated analytic model for the attenuation by the intergalactic medium
我们提出了一个更新版本的所谓的Madau模型的星系间中性氢对遥远物体的辐射衰减。首先，我们从Ly $α$森林，莱曼极限系统和阻尼Ly $α$系统的最新观测统计数据导出星系际吸收体的分布函数。分布函数很好地再现了观测到的红移演变的Ly $α$抑郁症和平均自由程的莱曼连续。然后，我们推导出一组解析函数，它描述了平均星系际衰减曲线的对象在$z>0.5$。新的模型预测通过通常的宽带滤波器相对于原始Madau模型，$z\simeq3$ -5（$z>6$）源的Ly $α$衰减更少（或更多）。这可能会导致测光红移估计的系统差异，然而，这仍然是小到约0.05。最后，我们发现超过0.5 mag高估的莱曼连续衰减在原来的马道模型在$z>3$，这导致了显着的overcorrection对直接观测的莱曼连续星系。
2014-05-12 astro-ph.CO
Exploring the Thermal State of the Low-Density Intergalactic Medium at z=3 with an Ultra-High Signal-to-Noise QSO Spectrum
在低密度下，星系际介质（IGM）的标准电离历史预测，一旦氢（和氦）再电离完成，IGM的温度将随着密度的降低而降低。将高红移、低密度的IGM加热到光加热预期的温度以上是困难的，并且先前基于$2<z<4$的Lyman-$α$森林数据中不透明度的概率密度函数（PDF）的宇宙低密度区域中的高/上升温度的说法已经受到了相当大的怀疑，特别是因为它们似乎与温度-密度关系（TDR）上的其他约束处于紧张状态。在这里，我们利用一个超高的信号-噪声谱的类星体HE 0940 -1050和一种新的技术来研究的PDF的低不透明度的一部分。我们表明，确实有证据（在90%的置信水平），一个显着的体积分数的密度下的区域在$z \sim 3$的温度高或高于那些在密度相当于平均值和以上。我们进一步证明，这一结论仍然是一致的测量的斜率的TDR在过密的区域，这意味着随着密度降低的温度降低，如预期的，如果光加热的电离氢是占主导地位的加热过程。我们简要地讨论了我们的研究结果的影响，需要调用空间温度波动，如预期在氦再电离，或额外的过程中，热的低密度IGM的显着体积分数。
2016-11-11 astro-ph.CO
Small-scale structure and the Lyman-$α$ forest baryon acoustic oscillation feature
莱曼- $α$森林中的重子声学振荡（BAO）特征是在红移z~2.5时宇宙膨胀率的关键探测之一，而这一时间远在暗能量被认为具有动力学意义之前。BAO作为标准标尺的一个关键优势是它是一个尖锐的特征，因此比其他宇宙学探测器更能抵抗宽带系统效应。然而，如果莱曼- $α$森林传输对重子相对于暗物质的初始流动速度敏感，那么BAO峰位置可以移动。在这里，我们研究这种敏感性，使用一套流体动力学模拟的小区域的星系际介质的范围内的盒子大小和物理假设;每个模拟从运动解耦时期（z~1059）的初始条件开始，经历从中性气体到再电离时的电离气体热演化的离散变化（z~8），最后处理成$α$森林透射通量立方体。流动速度抑制小尺度结构，导致再电离后较不剧烈的弛豫。在低红移处，由于电离相的温度演化是收敛的，气体分布和温度-密度关系的变化更为微妙。在BAO规模的变化估计为0.12%的顺序在z=2.5，一些主要的不确定性和未来的改进途径进行了讨论。对于即将进行的DESI Lyman- $α$森林调查，预测的流速度变化将是次显性但不可忽略的影响（$0.26σ$级），并且超过宇宙方差下限。希望这项研究将激励更多的理论工作的幅度的BAO转变，无论是在莱曼- $α$森林和其他示踪剂的大尺度结构。
2017-10-31 astro-ph.CO
Probing Intergalactic Neutral Hydrogen by the Lyman Alpha Red Damping Wing of Gamma-Ray Burst 130606A Afterglow Spectrum at z = 5.913
GRB 130606 A的光学余辉是雨燕观测到的，其红移值接近再电离年代（z = 5.913），这为探测星系际介质的电离状态提供了新的机会。在这里，我们提出了一个分析的红色Ly α阻尼翼的余辉光谱斯巴鲁/FOCAS在10.4-13.2小时后爆发。我们发现，极小模型只包括基线幂律和HI吸收在宿主星系没有得到一个很好的拟合，留下的残差显示凹曲率在8400-8900 A的振幅约0.6%的流量。在短波长范围内的这种曲率不能被解释为消光在主机与标准消光曲线，余辉光谱的固有曲率，或由已知的系统的不确定性，在所观察到的光谱。通过在宿主外部介入HI气体的红色阻尼翼可以使残差减少约3 σ统计显著性。我们发现，阻尼Ly α系统是不赞成的起源，这种干预HI吸收，从观察到的Ly β和金属吸收功能。因此，弥漫性IGM的吸收仍然是一个合理的解释。用一个简单的均匀IGM模型进行拟合，需要HI中性分数fHI ~ 0.1-0.5，这取决于到GRB宿主的距离，意味着高fHI IGM与观测到的暗Gunn-Peterson（GP）槽有关。这为再电离在z ~ 6处尚未完成提供了新的证据。
2014-02-06 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
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
The Column Density Distribution and Continuum Opacity of the Intergalactic and Circumgalactic Medium at Redshift <z>=2.4
我们提出了新的高精度测量的不透明度的星系际和环星系介质（IGM，CGM）在<z>=2.4。使用Voigt轮廓拟合15个高分辨率高信噪比的超亮类星体的完整Lyman alpha和Lyman beta森林，我们首次对HI柱密度为14 < log（NHI）< 17.2的吸收体频率进行了统计稳健的测量。我们还提出了第一次测量的HI吸收体的频率分布在周围的体积高Z星系（CGM，300 pkpc），发现在CGM中的吸收体的发病率是远远高于在IGM。与Rudie等人（2012）一致，我们发现与IGM相比，CGM中的高NHI吸收体比低NHI吸收体多一点，导致CGM频率分布的幂律拟合较浅。我们使用这些新的测量来计算IGM和CGM对氢电离光子的总不透明度，发现比大多数以前的研究显着更高的不透明度，特别是从log（NHI）< 17.2的吸收剂。再现在我们的数据中测量的不透明度以及log（NHI）> 17.2的吸收体的发生率，需要在log（NHI）~ 15附近具有中断的频率分布的中断幂律参数化。我们计算新的估计的平均自由程（mfp）氢电离光子在z=2.4，发现mfp = 147 +- 15 Mpc时，只考虑IGM不透明度。相反，如果我们考虑从高z恒星形成星系发出的光子，并考虑由于星系本身周围的CGM而导致的局部过度不透明度，则平均自由程减少到mfp = 121 +- 15 Mpc。…
2013-04-24 astro-ph.CO
The Baryon Acoustic Oscillation Broadband and Broad-beam Array: Design Overview and Sensitivity Forecasts
本文介绍了一种用于探测红移在0.5-1.5之间的中性氢21厘米功率谱的新仪器：重子声学振荡宽带和宽束（BAOBAB）阵列。BAOBAB将建立在第一代21 cm实验的基础上，该实验的目标是检测z ~ 10处再电离时期的信号。在z ~ 1处，自屏蔽过密晕中中性氢的发射也呈现出可获得的信号，因为占主导地位的同步加速器前景发射比红移10处要微弱得多。这些观测的主要科学驱动力是物质功率谱中的重子声学振荡，它有可能充当标准标尺，限制暗能量的性质。BAOBAB将在600- 900 MHz频段上完全关联双极化天线瓦片，频率分辨率为300 kHz，系统温度为50 K。天线的数量将在分阶段部署中增加，阵列的重新配置将允许传统的成像和高功率频谱灵敏度操作。我们提出了各种阵列尺寸的功率谱灵敏度的计算，一个35元阵列测量宇宙中性氢分数作为红移的函数，和一个132元系统检测功率谱中的BAO特征，在z ~ 1距离尺度上产生1.8%的误差，反过来，显著改善了暗能量状态方程的约束条件，其红移范围从~0.5-1.5。
2013-01-30 astro-ph.CO astro-ph.IM
Intensity mapping of Loeb-Rybicki haloes from scattering of galactic Lyman-$α$ emission by the diffuse intergalactic medium before reionization
Université de Genève（日内瓦大学）；The Green Concept - Institute for Carbon Assessments and Restoration Ecology（绿色概念-碳评估与恢复生态研究所）；Harvard University（哈佛大学）
利用JWST数据预测z~9-16星系Ly-α光度演化，计算Loeb-Rybicki晕的功率谱，发现SPHEREx和CDIM等实验可统计探测其强度映射信号，并与21-cm发射互相关可显著探测至z~13。
2026-06-12 astro-ph.CO astro-ph.GA
Baryon Acoustic Oscillations from Integrated Neutral Gas Observations: an instrument to observe the 21cm hydrogen line in the redshift range 0.13 $<$ z $<$ 0.45 -- status update
BINGO（BAO from Integrated Neutral Gas Observations）是一个独特的射电望远镜，旨在绘制宇宙学距离上中性氢的强度分布，首次探测到980 MHz - 1260 MHz频段的重子声学振荡（BAO），对应于红移范围$0.127 < z < 0.449$。BAO是宇宙学参数最强大的探测器之一，BINGO的设计目的是探测BAO信号，使其能够对暗能量的状态方程施加新的约束。该望远镜将在巴西帕拉伊巴建造，由两个$\thicksim$ 40米反射镜、一个由28个喇叭组成的喇叭天线阵列组成，没有移动部件，作为漂移扫描仪器工作。它将覆盖以$\sim δ=-15^{\circ}$为中心的$15^{\circ}$十度带，映射天空中的$\sim 5400$平方度。BINGO联盟由圣保罗大学牵头，国家空间研究所和Campina Grande联邦大学（巴西）共同领导。望远镜子系统已经完成了制造和测试，天线和结构制造预计将于2020年底开始，道路和地形准备也将开始。
2021-06-03 astro-ph.CO astro-ph.IM
MApping the Most Massive Overdensities Through Hydrogen (MAMMOTH) I: Methodology
现代宇宙学预测，星系的超密度与星系际气体的巨大储存有关，这可以通过Ly $α$森林吸收来追踪。我们系统地研究了在$τ$分布中具有最高光学厚度（$τ$）的相干强星系间Ly $α$吸收系统（CoSLA）与$\sim$ 10 - 20 $h^{-1}$共动Mpc尺度上的质量超密度之间的关系。在如此大的尺度上，我们的宇宙学模拟显示了CoSLA的有效光学深度（$τ_{\rm{eff}}$）和3-D质量超密度之间的强相关性。然而，在中等信噪比的光谱中，CoSLA的轮廓可能与高柱密度吸收体混淆。对于$z>2.6$，其中相应的Ly $β$是红移的光学，我们已经开发的技术来区分这两种选择。我们已经将这种技术应用于SDSS-III类星体调查$z = 2.6$ - 3.3，我们提出了一个样本的5个CoSLA候选人与$τ_{\rm{eff}}$ 15 $h^{-1}$ Mpc大于$4.5\times$的平均光学深度。在$z < 2.6$较低的红移处，背景类星体密度较高，可以用多条视线通过星系际吸收群追踪到超密度。我们的高密度搜索充分利用了当前和下一代的Ly $α$森林调查，其覆盖了$> (1\ h^{-1}$ Gpc）$^3$的调查体积。此外，由CoSLA追踪的系统将在$z > 2$建立一个最大质量超密度的统一样本，以约束结构形成的模型，并提供一个独特的实验室来研究星系超密度和星系际介质之间的相互作用。
2015-12-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
Impact of the cosmological expansion on spectral energy density of radiation in the intergalactic medium and once more about Olbers' paradox
本研究分析宇宙膨胀对星系际介质辐射谱能量密度的影响，解释膨胀宇宙中奥伯斯佯谬的三大解决因素，并结合再电离时期估算得出，少量中等温度热谱的球状星团或矮星系即可在z=6时实现星系际氢的完全电离。
2025-03-21 astro-ph.CO gr-qc
The Temperature-Density Relation in the Intergalactic Medium at Redshift <z>=2.4
我们提出了一个新的测量中性氢的温度-密度（T ρ）关系在2.0 < z < 2.8星系际介质（IGM）使用的样本约6000个个人HI吸收体与Voigt配置文件的约束在所有情况下的多个莱曼系跃迁。我们发现模型独立的证据HI（NHI）的列密度和最小观测速度宽度的吸收器（bmin）之间的正相关性。通过最小的解释，这意味着IGM中的温度-密度关系不是“倒置”的，与许多最近的研究相反。将bmin作为NHI的函数进行拟合，得到线宽-柱密度关系式为bdmin = b_0 [NHI/N_（HI，0）]^（Gamma-1），在平均密度rhobar [N_（HI，0）= 10^13.6 cm^-2]处的最小线宽为b_0 = 17.9 ± 0.2 km/s，幂律指数为（Gamma-1）= 0.15 ± 0.02。通过分析论证，这些测量结果意味着IGM在= 2.4时的“状态方程”<z>为T = T_0（rho/rhobar）^（gamma-1），平均密度时的温度为T_0 =（1.94 +- 0.05）x 10^4 K，幂律指数（gamma-1）= 0.46 +- 0.05。
2012-08-31 astro-ph.CO
Modeling Cosmic Reionization
冷的中性星系间氢转变为高度电离的温暖等离子体标志着宇宙黑暗时代的结束和星系时代的开始。这一过程的细节反映了早期辐射源和热源的性质、宇宙大尺度结构的统计特征、宇宙重子的热力学和化学、恒星形成和黑洞吸积的历史。在未来十年中，来自新的地面和空间仪器和设施的大量数据集将彻底改变我们对原始星系，再电离光子预算，星系际介质（IGM）的物理学以及“宇宙网”中氢气的细粒度特性的理解。在这篇评论中，我们调查的物理和再电离时代的建模的关键方面，并描述了目前在这一领域的各种计算技术和工具。
2022-10-05 astro-ph.CO
Keeping the Universe ionised: photoheating and the high-redshift clumping factor of the intergalactic gas
维持星系际氢离子化所需的临界恒星形成率密度，主要取决于星系际介质（IGM）中再结合的平均速率。这个速率与聚集因子C = <rho_b^2> / avg（rho_b）^2成正比，其中rho_b和avg（rho_b）分别是局域和宇宙平均重子密度，括号< >表示IGM中重组气体的空间平均值。我们进行了一套宇宙学的光滑粒子流体动力学模拟，包括辐射冷却计算的体积加权聚集因子的IGM在红移z >= 6。我们调查的光电离加热均匀的紫外线背景的影响，并发现，光加热强烈地降低了成团因子的增加压力支持平滑小规模的密度波动。即使是我们对聚集因子C = 6的最保守估计，也比通常用于确定恒星形成星系保持z=6 IGM电离能力的聚集因子小五倍。我们的结果意味着，在z = 6时观测到的恒星形成星系的数量可能足以使IGM保持电离状态，前提是IGM在z >~ 9时被再加热，并且逃离恒星形成区域电离IGM的电离光子的比例大于0.25。
2009-12-21 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
Revisiting the Intergalactic Medium Around GRB 130606A and Constraints on the Epoch of Reionization
本文重新分析GRB 130606A，识别出先前中性分数结果矛盾的根源，采用多种阻尼翼模型得出3σ上限xHI<0.20-0.23，并强调需更多高红移GRB以约束再电离时代。
2025-03-25 astro-ph.CO
Self-shielding of hydrogen in the IGM during the epoch of reionization
我们研究星系际氢对电离辐射的自屏蔽辐射转移模拟宇宙再电离仔细校准莱曼α森林数据。虽然自屏蔽区域在后再电离宇宙中表现为莱曼极限系统，但在这里，我们专注于它们在再电离过程中的演化（红移z=6-10）。在这些红移下，氢电离辐射的空间分布是高度不均匀的，宇宙的某些区域仍然是中性的。在模拟中屏蔽了中性区和电离源后，我们发现氢的光电离率与局部氢密度的关系与再电离后宇宙中的情况非常相似。在这些红移中，自屏蔽变得重要的物理氢密度约为平均氢密度的$\mathrm{n_H \sim 3 \times 10^{-3} cm^{-3}}$或$\sim$的20倍，反映了这样一个事实，即在再电离过程中，光电离率通常足够低，以至于宇宙网中的细丝经常是自屏蔽的。典型的自屏蔽密度的值在红移z=3和10之间减小了3倍，并且以简单的方式遵循电离区域中的平均光电离率的演变。我们提供了一个简单的参数化的光电离率作为密度的函数在自屏蔽区域的再电离时代。
2018-05-09 astro-ph.CO
The Opacity of the Intergalactic Medium During Reionization: Resolving Small-Scale Structure
在再电离过程的早期，星系际介质（IGM）在小尺度上是非常不均匀的，这是由于中性IGM中的低金斯质量和冷暗物质宇宙中结构的分层生长。这个小尺度的结构在再电离时期充当了重要的汇，阻碍了从第一个电离辐射源扫出的电离前沿的进展。在这里，我们提出了高分辨率的宇宙学流体动力学模拟，解决了宇宙学的牛仔裤质量的中性IGM在代表性的卷数兆位差距。绝热流体动力学，我们遵循的是适当的，在未加热IGM，气体有机会响应光电离加热之前。我们的重点是确定宇宙学模拟所需的分辨率，以充分采样和解决小尺度结构调节不加热IGM的不透明度。我们发现需要质量为mdm 1 Mpc的暗物质粒子< 50 Msun and box size of L >.我们的收敛结果显示如何电离辐射的平均自由程和电离氢的聚集因子依赖于紫外背景（UVB）流量和红移。例如，我们发现，在z = 10时，电离率为γ ~ 0.3 ~ 3 x 1 e-12 s^-1时，聚集因子通常为10 ~ 20，相应的平均自由程为~ 3 ~ 15 Mpc，这将先前关于平均自由程演化的工作扩展到了更小的尺度和更早的时间。
2013-10-18 astro-ph.CO
Thermal constraints on the reionisation of hydrogen by population-II stellar sources
星系际介质（IGM）温度的测量提供了一个潜在的强大的约束的再电离的历史，由于由中性氢的光电离留下的热印记。然而，直到最近IGM温度测量仅限于红移2 < z < 4.8，限制了这些数据探测z > 6时再电离历史的能力。在这项工作中，我们使用最近的测量IGM温度在近区的7个类星体在z ~ 5.8 - 6.4，结合半数值模型的非均匀再电离，建立新的约束的红移氢再电离完成。我们校准的模型，以重现观测的电子散射光学深度和HI光电离率的限制，并计算所产生的空间不均匀的温度分布在z ~ 6的各种再电离的情况。在对星族II源电离光谱的标准假设下，近区温度测量将氢再电离完成的红移限制在z > 7.9（6.5），置信度为68%（95%）。我们的结论是，未来的温度测量周围的其他高红移类星体将显着增加这种技术的力量，使这些结果被收紧和推广。
2012-01-24 astro-ph.CO
Astro2020 Science White Paper: First Stars and Black Holes at Cosmic Dawn with Redshifted 21-cm Observations
“宇宙黎明”指的是宇宙历史上恒星和黑洞首次形成并开始加热和电离星系际介质（IGM）中的氢的时期。虽然直接探测非常困难，但第一批恒星和黑洞可以通过测量宇宙21厘米的背景来间接地限制，这种背景可以追踪星系间氢气的电离状态和温度。在本白皮书中，我们重点介绍了此类观测的科学案例，特别是那些针对红移z $\gtrsim$ 10的观测，因为IGM预计大部分是中性的。21厘米的观测为这个时代提供了一个独特的窗口，因此对未来十年推进第一颗恒星和黑洞科学至关重要。
2019-03-14 astro-ph.CO
The impact of helium reionization on the structure of the intergalactic medium
我们研究了氦再电离对星系际介质（IGM）结构的影响。我们使用辐射转移（RT）代码耦合到联合重力流体动力学代码恩佐再电离模型。中性氢和氦最初被星暴光谱电离，在红移区间3 < z < 4内逐渐演化为幂律光谱。的气体的温度-密度关系被发现成扇形和平坦的HeII再电离后，与反转的超密度高于5。增加的压力会导致高达10 km/s的特殊速度，在大的相干区域内，气体密度场扭曲了10- 20%，暗物质扭曲了1%。因此，光致电离引起的流动可能会使z = 2时的同动波数k > 0.5 h/Mpc处的物质功率谱失真几个百分点。从模拟中绘制了HI和HeII的吸收光谱，并将吸收线拟合到光谱中。在z = 3时，HI吸收系统的中值多普勒参数为35 km/s。划分成子样品光学厚和光学薄的线中心显示，光学厚的系统只经历温和的演变，而光学薄的系统迅速发展后，HeII再电离。HeII和HI吸收特征之间的比较显示了HeII和HI柱密度比的宽分布，在测量值附近达到峰值，并且仅比测量值稍窄。与近似模拟方法的比较表明，适度良好的协议在吸收线的属性，但不精确，他们可以测量。
2011-09-23 astro-ph.CO
Cosmic Reionization on Computers: Statistical Properties of the Distributions of Mean Opacities
本文利用 CROC 模拟分析再电离时期星系际介质平均不透明度的统计分布，发现其在低红移与观测一致，但高红移分布过窄，印证模拟中再电离过早。
2025-03-13 astro-ph.CO
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
A Significantly Neutral Intergalactic Medium Around the Luminous z=7 Quasar J0252-0503
明亮的$z\ge7$类星体提供了再电离时期超大质量黑洞和星系际介质演化的直接探测。在单一EoR类星体光谱中可以检测到IGM中中性氢留下的Ly $α$阻尼翼吸收，从而可以测量IGM中的中性部分。然而，阻尼翼的功能只被发现在两个$z>7$类星体在以前的研究。本文介绍了利用Keck/NIRES和Gemini/GMOS获得的$z=7.00$类星体DES J025216.64- 050331.8的新的高质量光学和近红外光谱。通过使用镁II单历元维里方法，我们发现它的主机$\rm (1.39\pm0.16) \times10^{9} ~M_\odot$ SMBH在$λ_{\rm Edd}=0.7\pm0.1$的爱丁顿比吸积，与其他发光$z\sim 7$类星体中看到的值一致。此外，光谱的Ly $α$区域表现出强阻尼机翼吸收特征。在类星体光谱中没有相关的金属吸收，表明这种吸收是由中性IGM留下的。使用Davies等人开发的最先进的模型，我们在类星体寿命为$10^3\le t_{\rm Q}\le10^8$年的边缘化时，在68%（95%）的置信区间内测量到体积平均中性氢分数为$\langle x_{\rm HI} \rangle = 0.70^{+0.20}_{-0.23} (^{+0.28}_{-0.48})$的$z=7$。这是迄今为止使用再电离时代类星体光谱测量到的最高IGM中性分数。
2020-04-22 astro-ph.CO astro-ph.GA
Radiative transfer in a clumpy universe: IV. New synthesis models of the cosmic UV/X-ray background
我们提出了改进的合成模型的不断变化的光谱的UV/X射线漫射背景，更新和扩展我们以前的结果。在我们的辐射转移程序CUBA中增加了五个新的主要部分：（1）宇宙氢和氦的Lyman系列中共振线吸收对背景强度的调制，（2）遮蔽和未遮蔽类星体的X射线发射，（3）宇宙氢和氦的Lyman系列中共振线吸收对背景强度的调制，（4）宇宙氢和氦的Lyman系列中共振线吸收对背景强度的调制。（三）星系际吸收体的红移和柱密度分布的分段参数化，适合最近对星系平均自由程的测量。1 ryd光子;（4）吸收体光电离结构的精确处理;（5）恒星形成星系在所有红移下的紫外辐射。我们提供了预测的HI和HeII光电离和光加热速率的表格，Lya森林的宇宙学流体动力学模拟，和一个新的金属依赖校准的紫外光度密度恒星形成率密度关系。本文还提出了一个“最小宇宙再电离模型”，其中星系紫外辐射率跟踪最近测定的恒星形成的宇宙历史，氢电离辐射的亮度加权逃逸分数随回望时间迅速增加，高红移星系际介质的聚集因子随最近流体动力学模拟的结果而演化，第三星族恒星和迷你类星体对总银河系流量的贡献可以忽略不计。该模型提供了一个很好的拟合氢离子化率推断通量递减和邻近效应的测量，预测宇宙学HII（HeIII）的区域重叠在红移6.7（2.8），并产生一个光学厚度汤姆逊散射是在协议与WMAP的结果。（节录）
2011-11-26 astro-ph.CO
Calibrating CHIME, A New Radio Interferometer to Probe Dark Energy
加拿大氢强度测绘实验（英语：Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment，CHIME）是一个凌日干涉仪，目前正在加拿大不列颠哥伦比亚省彭蒂克顿的自治领射电天体物理观测台（英语：Dominion Radio Astrophysical Observatory，DRAO）建造。我们将用CHIME在400 - 800 MHz频率范围内对半个天空的中性氢进行测图，测量红移在0.8 - 2.5之间的重子声学振荡（BAO），以探测暗能量。我们已经部署了CHIME的探路者版本，它将对BAO功率谱产生约束，并为我们的校准方案提供测试平台。我将讨论CHIME校准要求，并描述我们正在开发的仪器，以满足这些要求。
2014-06-09 astro-ph.CO astro-ph.IM
The micro-structure of the intergalactic medium I: the 21cm signature from dynamical minihaloes
在动力学坍缩的宇宙球晕模型下，对亮背景射电源和宇宙微波背景（CMB）下微晕产生的21 cm特征提供了统一的描述.计算得到的21厘米森林的等效宽度分布的LCDM宇宙学，以及相对于CMB的亮度温度差。包括环境Ly-alpha辐射场和IGM加热对签名的影响。结果表明，加热的动力学效应基本上抑制吸收功能在21厘米的森林与观察到的等效宽度超过0.15 kHz。它演示了如何测量超出探测器噪声的多余波动可以对明亮的背景射电源的较弱的吸收功能的统计检测。它还表明，一个Ly-alpha辐射场只有百分之几的热化率是足以使微晕信号对CMB可以忽略不计相比，从扩散IGM组件的信号。发现21厘米信号对原始密度涨落谱中的小尺度能量非常敏感。通过辐射的原子和分子的过程和恒星形成的气体冷却的影响，设置的最大质量的minihaloes引起的21厘米的信号包括在内，与津贴的抑制分子氢形成的环境紫外线辐射场。
2011-12-13 astro-ph.CO
Variations of Observed Lyman-α Spectra Shapes due to the Intergalactic Absorption
Lyman- $α$（Ly $α$）光谱提供了对星系内中性氢（HI）的小尺度结构和运动学以及星系际介质（IGM）电离状态的深入了解。前者定义了星系的本征光谱，后者则对本征光谱进行了修正。这两种效应是退化的。使用IllustrisTNG 100模拟，我们研究了IGM对$z\sim 0$和$5$之间的Ly $α$光谱形状的影响。我们计算预期的LY $α$峰的分布和不同的本征光谱，红移和大尺度环境的峰的不对称性。我们发现，常用的平均透射曲线给出了一个不正确的看法所观察到的光谱特性。我们发现，峰数分布和不对称性可以解除本征光谱和IGM吸收之间的简并。例如，我们预计一个显着的三重峰Ly $α$光谱（高达30%，在$z\sim 3$），如果星系的HI分布变得更加多孔在更高的红移宇宙学模拟预测。我们提供了一个公共目录的传输曲线用于未来的模拟和观察，以允许更现实的IGM治疗。
2020-06-17 astro-ph.CO astro-ph.GA
A new Measurement of the Intergalactic Temperature at $z\sim 2.55-2.95$
利用13个高质量的类星体光谱样本和星系际介质的高分辨率数值模拟，对星系际介质在红移范围$2.55 < z < 2.95$内的温度-密度关系进行了两次测量。我们的方法是基于拟合的中性氢柱密度$N_{HI}$和多普勒参数$b$的吸收线在\mlya \森林。第一次测量是使用一种新的贝叶斯方案，它考虑到的参数之间的统计相关性表征的下限截止的$b-N_{HI}$分布和幂律参数$T_0$和$γ$描述的TDR。这种方法产生的$T_0/ 10^3\, {\rm K}=15.6 \pm 4.4 $和$γ=1.45 \pm 0.17$与小尺度密度场的假定压力平滑无关。为了探索包含在整体$b-N_{HI}$分布，而不是只有较低的截止值的信息，我们获得了第二个测量的基础上一个类似的贝叶斯分析的中值多普勒参数为单独的列密度范围的吸收剂。在这种情况下，我们获得了与第一次测量结果非常一致的$T_0/ 10^3\, {\rm K}=14.6 \pm 3.7$和$γ=1.37 \pm 0.17$。我们的贝叶斯分析揭示了这两种方法的推断的$T_0$和$γ$之间的强反相关性，以及第二种方法的推断的$T_0$和压力平滑长度的反相关性，这表明如果获得对平滑的独立约束，则在后一种情况下可以大幅提高测量准确度。我们的结果是在很好的协议与其他最近的测量IGM探测类似的（过）密度范围的热状态。
2017-11-02 astro-ph.CO
The effect of helium reionization on the Lyman-alpha forest hydrogen flux statistics
本文通过QSO族群与HeIII区域的Monte Carlo模拟，研究氦再电离对高红移莱曼α森林氢通量统计的影响，发现X射线选择的更多QSO可解释宽光深分布并改善通量自相关。
2024-10-28 astro-ph.CO astro-ph.GA
JERALD: high-fidelity dark matter, stellar mass and neutral hydrogen maps from fast N-body simulations
JERALD通过改进拉格朗日深度学习，从低分辨率近似N体模拟中生成高保真暗物质、恒星质量与中性氢图，其功率谱与高8倍分辨率的全流体模拟高度一致，可用于约束暗物质性质。
2025-01-15 astro-ph.CO
The Neutral Hydrogen Cosmological Mass Density at z=5
我们提出了最大的均匀调查的$z>4.4$阻尼莱曼- $α$系统（DLAs）使用的163个类星体的光谱组成的巨型双子座GMOS（GGG）的调查。通过这次巡天，我们对中性氢的宇宙质量密度$Ω_{\rm HI}$进行了最精确的高红移测量。在如此高的红移下，强的星系际介质吸收和类星体连续体的位置产生了DLAs识别中的重要系统不确定性。这些可能导致虚假的DLA检测，导致真正的DLA被错过，或使推断的DLA柱密度分布有偏差。我们使用模拟和更高分辨率的光谱的组合来校正这些效应，并表明对于GGG DLA样品，引入的不确定性小于$Ω_{\rm HI}$上的统计误差。我们发现$Ω_{\rm HI}=0.98^{+0.20}_{-0.18}\times10^{-3}$在$\langle z\rangle=4.9$，假设低于DLA阈值的较低柱密度系统的贡献为20%。通过与文献测量结果的比较，在较低的红移，我们表明，$Ω_{\rm HI}$可以描述的功能形式$Ω_{\rm HI}(z)\propto(1+z)^{0.4}$。这种从$z=5$到$0$的逐渐减少与HI气体作为恒星形成燃料的过渡阶段的大部分是一致的，它不断地被来自星系际介质和循环星系风的更高电离气体补充。
2015-06-05 astro-ph.CO astro-ph.GA
