Probing Ultra-light Axion Dark Matter from 21cm Tomography using Convolutional Neural Networks
我们目前的预测超轻类轴子粒子（UNOPS）的可探测性从未来的21厘米射电观测周围的时代的再电离（EoR）。我们表明，轴子作为占主导地位的暗物质组分有显着的影响，由于在早期宇宙的小尺度密度扰动的抑制再电离的历史。这种行为强烈地依赖于轴子粒子的质量。通过对大红移范围内中性氢亮温场的数值模拟，我们构造了一组训练数据。该数据用于训练卷积神经网络，该网络可以直接在亮度温度场的空间结构和输入轴子质量之间建立联系。我们构建了未来平方公里阵列调查SKA 1-Low的模拟观测，发现即使存在现实的噪声和分辨率限制，网络仍然能够预测输入的轴子质量。我们发现，轴子质量可以在很宽的质量范围内恢复，精度约为20%，并且作为整个DM贡献，如果轴子质量为$M_X<1.86 \times10^{-20}$ eV，使用SKA 1-Low可以在68%处检测到轴子，尽管如果我们放松我们对天体物理建模的假设，将这些天体物理参数视为讨厌的参数，这可以降低到$M_X<5.25 \times10^{-21}$ eV。
2022-01-11 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Dipole Radiation and Beyond from Axion Stars in Electromagnetic Fields
我们研究了在外部电磁场存在下，从相干振荡的、空间局部化的轴子场（轴子和轴子星）中产生光子。我们描绘了不同的定性行为的光子光度的一个有效的无量纲耦合参数构造出的轴子光子耦合，场振幅，振荡频率和半径的轴子星。对于这种无量纲耦合的小值，我们提供了一个一般的解析公式的偶极辐射场和光子光度每立体角，包括强烈依赖于配置的半径。对于中到大的耦合，我们报告的非单调行为的光度与耦合强度的存在下，外部磁场。在亮度随耦合强度的初始上升之后，我们看到在中等大的耦合下的抑制（与偶极辐射近似相比是一个数量级或更多）。在足够大的耦合，我们发现一个过渡到制度的指数增长的光度由于参数共振。我们进行3+1维晶格模拟的轴子电动力学，在小和大的耦合，包括非微扰效应的参数共振，以及在必要时的反反应效应。我们还讨论了介质（等离子体）的影响，导致共振轴子光子转换，相干性的孤子的相关性，以及我们的结果在天体物理和宇宙学设置的影响。
2021-03-22 astro-ph.CO hep-ph
Axion Star Explosions: A New Source for Axion Indirect Detection
本研究提出轴子星衰变作为轴子间接探测新渠道，利用CMB光学深度数据约束轴子-光子耦合，排除特定参数范围，并展望21cm观测可进一步提升限制。
2024-02-08 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Probing Axions through Tomography of Anisotropic Cosmic Birefringence
本文首次对各向异性宇宙双折射进行层析处理，通过考虑复合与再电离时期光子并修改CLASS代码研究轴子场，发现轴子质量增加会增强各向异性幅度，且低多极矩下再电离贡献超过复合贡献，为探测轴子性质提供了新工具。
2023-05-12 astro-ph.CO
Cosmic Reionization On Computers: The Faint End of the Galaxy Luminosity Function
利用“计算机上的宇宙再电离”（CROC）项目下完成的数值宇宙学模拟，我探索理论预测的星系紫外光度函数在$z\geq 6$暗端。一个常用的Schechter函数近似的幅度削减在$M_{\rm CUT}\sim-13$提供了一个合理的拟合模拟星系的实际光度函数。当Schechter函数的形式是强制的亮度函数的模拟，发现幅度削减$M_{\rm CUT}$之间变化的$-12$和$-14$与一个温和的红移的依赖。Robertson等人（2015）使用的Madau，Haardt & Rees（1997）的再电离分析模型提供了对模拟结果的良好描述，但只有在考虑有效逃逸分数的红移依赖性（由Madau，Haardt & Rees模型未捕获的物理过程引起）时。
2016-07-12 astro-ph.CO astro-ph.GA
Gaussian Process Reconstruction of Reionization History
我们使用高斯过程回归重建再电离的历史。利用哈勃前沿场的紫外光度数据，我们重建了紫外光度密度的红移演化，从而重建了电离方程中源项的演化。这种独立于模型的重建排除了光度密度的单一幂律演化，但支持对数双幂律参数化。通过对电离方程和重构源项积分，得到了再电离历史。利用普朗克宇宙微波背景观测的光学深度约束，截断星等为-17和-15的紫外光度函数测量积分，以及高红移类星体、星系和伽马射线暴观测的电离分数，我们约束了再电离的历史。在保守的情况下，我们发现在68%和95%的置信区间下，光学深度的约束为$τ=0.052\pm0.001\pm0.002$。我们发现在10%和90%电离之间的红移持续时间是$2.05_{-0.21-0.30}^{+0.11+0.37}$。如果在联合分析中使用截断星等为-15的紫外光度密度数据，则支持更长的再电离持续时间。我们的研究结果指出，即使在保守的重建，宇宙学和天体物理学的观测相结合，可以提供严格的限制再电离的时代。
2021-10-31 astro-ph.CO
The Galaxy Luminosity Function during the Reionization Epoch
新的宽视场相机3/红外观测哈勃超深场开始研究星系在再电离时期的性质。为了解释这些观测结果，我们提出了一种新的方法的启发条件光度函数方法。我们校准我们的模型在z=6的观测，并假设一个非进化的星系光度与晕质量的关系。我们首先将模型预测与在z=5和z=4时测量的光度函数进行比较。然后，我们预测的光度函数在z>=7的唯一假设下，在底层的暗物质晕质量函数的演变。我们的模型与HUDF巡天中观测到的z>6.5的星系数计数一致，并表明光度函数的暗端斜率可能变陡：与z=6时的alpha=-1.74相比，alpha（z>8）< -1.9。虽然我们目前只能看到最亮的星系，但隐藏的低光度天体（L/ L_{*} > 10^{-4}）可能提供总再电离通量的75%以上。假设逃逸分数f_{esc} ~0.2，聚集因子C~5，顶重IMF和低金属丰度，低于检测限的星系在z>8时产生完全再电离。对于太阳金属丰度和正常恒星IMF，再电离在z>6时结束，但要获得与WMAP测量一致的光学厚度，需要较小的C/ f_{esc}。我们的模型强调了亚L * 星系中的恒星形成速率与暗物质晕质量之间存在准线性关系，这表明在z>6时，辐射和机械反馈的有效性不如现在。
2010-04-02 astro-ph.CO
Detecting ultralight axions from multifrequency observations of neutral hydrogen intensity mapping
本研究探讨了超轻轴子对再电离后中性氢信号的影响，揭示了其在不同质量范围内的暗物质或暗能量特性，并利用未来强度映射巡天的角相关函数探索了暗能量、中微子与ULAs之间的参数空间及简并性。
2024-11-12 astro-ph.CO hep-ph
Lyman-$α$ limit on axion-like cold dark matter
本文利用低红移再电离数据给出 ALP 冷暗物质在 30-1000 eV 质量范围的新莱曼-α限制，在 375-425 eV 区间最严格，并结合其他界限给出错位与冻结产生机制下的排除限。
2024-10-21 astro-ph.CO hep-ph
Primordial magnetic field constraints from the end of reionization
早期宇宙中产生的原始磁场是大量研究的主题，并且需要对其强度的观测限制来约束理论。由于它们对再电离过程的影响，原始场的强度可以使用最新的再电离数据和观测到的高红移星系的紫外光度函数来限制。由于光度函数的暗端斜率很陡，暗星系贡献了大量的电离光子，而低光度截止对总预算有影响。来自原始磁场的磁压通过阻止质量低于10^{10} M_solar（B_0 / 3 nG）^[3]的晕的坍缩来影响这种截止，其中B_0是同向移动的磁场强度。在这封信中，这些效应的影响始终纳入一个简化的模型再电离，由于宇宙学参数，再电离参数和观测到的紫外光度函数的不确定性得到解决。我们发现在z \sim 7处观察到的电离度导致B_0 \lsim 2- 3 nG的最强上限。在z>7处的高电离度的测量可以遵循更强的限制。
2011-09-24 astro-ph.CO
Dark Twilight Joined with the Light of Dawn to Unveil the Reionization History
改进测量的宇宙微波背景极化普朗克允许一个详细的研究超出平均光学深度的再电离。较低的光学深度值不利于早期开始和早期完成的reionization有利于redsfhit范围内，不同的天体物理探测器提供合理的信息，再电离源和星系际介质的状态。在这项工作中，我们扩展了我们以前的研究，其中我们通过结合三种不同的探针- CMB，UV光度密度和中性氢分数数据-在治疗和数据中约束再电离：我们首先允许UV源项的变化，改变UV发光度转换成电离光子的效率与逃逸分数的乘积以及再电离和宇宙学参数，然后，我们调查的影响，一个不太保守的削减紫外光度函数。我们发现，估计的效率是一致的95%C. L。与我们在以前的结果中考虑的固定值，并且主要受QHII数据的约束。我们发现，允许效率的变化不会显着影响我们的平均光学深度的单调再电离历史的结果，恢复$τ=0.0519_{-0.0008}^{+0.0010}$在68% CL，与我们以前的研究一致。使用一个不太保守的削减紫外光度函数，我们发现$τ=0.0541_{-0.0016}^{+0.0013}$在68% CL，由于我们使用的数据中的光度函数的暗端，这也更倾向于从较高的红移较大的贡献。
2022-01-12 astro-ph.CO
Impact of H_2-based star formation model on the z>=6 luminosity function and the ionizing photon budget for reionization
本文用数值方法研究了H_2基恒星形成（SF）模型对z ≥ 6星系的静止坐标系UV光度函数和恒星形成速率函数（SFRF）的影响，以及对再电离的影响。利用H_2-SF模型的宇宙流体动力学模拟，在Muv<=-18时，我们发现与我们以前的结果（非H_2-SF模型）和观测值符合得很好。然而，在Muv>-18时，我们发现LF偏离了我们以前的工作和目前的观测外推，产生了显着更少的低光度星系，并在暗端表现出额外的周转。我们使用修改后的Schechter函数来约束这个周转点的红移演化，该函数包括额外的项来量化周转幅度（Muv^t）和随后的斜率（Beta）。我们发现Muv^t从Muv^t=-17.33（z=8）发展到-15.38（z=6），而Beta在同一时期变浅了ΔBeta=0.22。这发生在JWST可观察到的Muv范围内。通过对SFRF的积分，我们确定H_2-SF模型虽然在Muv>-18时显著地降低了低光度星系的数密度，但它对总SFR密度的抑制并不足以影响SF维持再电离的能力。
2013-02-25 astro-ph.CO
Breaking the UV Luminosity Function Degeneracy:Self-Interacting Dark Matter Constraints from Reionization Topology
University of Oxford（牛津大学）；Shanghai Astronomical Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海天文台）
本文通过再电离拓扑证明自相互作用暗物质约束不再退化，利用JWST和SKA1-Low数据排除或检测特定暗物质参数。
2026-04-21 astro-ph.CO
The Evolution of the Lyman-Alpha Luminosity Function During Reionization
氢再电离发生的时间范围是高度不确定的，但可以通过观测来自遥远来源的莱曼α（Ly $α$）发射来限制。星系际介质（IGM）中的中性氢使星系发射的Ly $α$ ~光子衰减。随着再电离的进展，IGM不透明度降低，增加了Ly $α$ ~的可见性。Ly星系的$α$ ~光度函数（LF）是一个有用的工具来限制再电离的时间轴。在这项工作中，我们模型的Ly $α$ ~LF作为红移，$z=5-10$，和平均IGM中性氢分数，$\overline{x}_\textsc{hi}$的函数。我们结合从非均匀再电离模拟得到的Ly $α$ ~光度概率分布与UV LF模型来模拟Ly $α$ ~LF。随着中性部分的增加，Ly $α$ ~发射星系的平均数密度减小，亮度降低，尽管对于$\overline{x}_\textsc{hi} \lesssim 0.4$，Ly $α$ ~LF只有很小的减少。我们使用我们的模型来推断IGM中性分数在$z=6.6, 7.0, 7.3$从观察到的赖氨酸$α$ ~ LF。我们的结论是，有一个显着的增加，在中性分数增加红移：$\overline{x}_\textsc{hi}(z=6.6)=0.08^{+ 0.08}_{- 0.05}, \, \overline{x}_\textsc{hi}(z=7.0)=0.28 \pm 0.05$和$\overline{x}_\textsc{hi}(z=7…
2021-07-02 astro-ph.CO astro-ph.GA
A joint measurement of galaxy luminosity functions and large-scale field densities during the Epoch of Reionization
当代望远镜最令人兴奋的进步之一是在再电离时期探测星系，使用深场将这些仪器推向极限。我们必须优化对这些领域的分析，以便从中提取尽可能多的信息。特别是，测量星系光度函数的标准方法丢弃了关于大尺度暗物质密度波动的信息，尽管这种大尺度结构在宇宙黎明期间驱动了星系形成和再电离。测量这些密度将提供一个可观测的基础，将星系调查与再电离过程和结构形成的理论模型联系起来。在这里，我们使用现有的哈勃深场数据，同时适合的通用光度函数和测量大尺度密度为每个哈勃深场在$z =$ 6- 8直接将先验的大尺度密度场和星系的偏见。我们的通用光度函数的拟合与以前的方法是一致的，但在细节上有所不同。这是第一次，我们测量的调查领域，包括最高/最低密度的哈勃领域的基本密度。我们表明，密度的分布是一致的，目前的宇宙方差的预测。对17个场的分析是詹姆斯韦伯太空望远镜可能实现的一个小样本，它将在可比（或更好）的深度和更高的红移下测量数百个场。
2022-08-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
Effect of primordial non-Gaussianities on the far-UV luminosity function of high-redshift galaxies: implications for cosmic reionization
了解星系际介质（IGM）如何在z > 6时被再电离是当前高红移天文学的重大挑战之一。它需要对第一个天体物理物体（Pop III恒星、第一个星系）的坍缩及其与IGM的相互作用进行建模，同时将当前的观测设施推向极限。过去几年的观测和理论进展导致了一个相干图像的出现，其中氢电离光子的预算主要是由低质量的恒星形成星系，几乎没有来自Pop III恒星和类星体的贡献。因此，宇宙的再电离历史严重依赖于高红移的低质量星系的数密度。在这项工作中，我们将探讨如何在初始密度波动的统计特性的变化影响早期星系的形成。继Habouzit等人（2014）之后，我们运行了5个具有高斯和（尺度依赖）非高斯初始条件的N体模拟，所有这些都与普朗克约束一致。利用一个星系形成模型和一个粒子数合成程序，计算了远紫外星系在红移7 < z < 15时的光度函数，最小值为M_UV = -14。我们发现，具有强原始非高斯性的模型在< Mpc尺度上显示出远紫外光度函数在低质量星系中显着增强。我们采用了一个从最先进的流体动力学模拟校准的再电离模型，并表明这种非高斯性在宇宙再电离历史和电子汤姆逊散射光学深度τ_E上留下了清晰的印记。虽然目前的不确定性在物理的再电离和确定的τ_E仍然占主导地位的签名的非高斯性，我们的研究结果表明，τ_E最终可以用来约束初始密度波动的统计特性。
2014-10-28 astro-ph.CO
Constraining exotic high-$z$ reionization histories with Gaussian processes and the Cosmic Microwave Background
本研究利用高斯过程结合Planck CMB数据，无模型依赖地重构宇宙再电离历史，复现标准低红移再电离并严格约束高红移额外再电离，定义新参数τ_highz约束奇异能量注入场景，且代码数据公开。
2025-10-22 astro-ph.CO hep-ph
The Impact of Scatter in the Galaxy UV Luminosity to Halo Mass Relation on Ly$α$ Visibility During the Epoch of Reionization
氢的再电离与宇宙中的第一个结构密切相关，因此了解再电离的时间轴有望揭示这些早期物体的性质。特别是Lyman α（Ly $α$）从星系穿过星系际介质（IGM）的传输对IGM中的中性氢敏感，因此可以用来探测再电离时间轴。在这项工作中，我们实现了一个改进的模型的星系紫外光度暗物质晕质量的关系，推断体积平均分数的中性氢在IGM从Ly $α$观测。许多模型假设，紫外线明亮的星系是由IGM过密区域的大质量暗物质晕所承载的，因此存在于相对较大的电离区域。然而，观测和N-体模拟表明，在紫外光光度晕质量关系的散射是预期的。在这里，我们对散射进行建模（尽管我们假设IGM拓扑不受影响），并评估再电离过程中对Ly $α$可见性的影响。我们发现，紫外线光度晕质量散射减少LY $α$的可见性相比，没有散射的模型，这是最重要的紫外线明亮的星系。然后，我们使用我们的模型与散射推断中性分数，$\overline{x}_{\mathrm{HI}}$，在$z \sim 7$使用的样本莱曼break星系的遗产领域。我们推断，与没有分散的$\overline{x}_{\mathrm{HI}} = 0.59_{-0.14}^{+0.12}$相比，有分散的$\overline{x}_{\mathrm{HI}} = 0.55_{-0.13}^{+0.11}$有非常轻微的下降，并且在不确定性范围内是一致的。最后，我们把我们的结果的…
2020-04-23 astro-ph.CO astro-ph.GA
Reionization and feedback in overdense regions at high redshift
在高红移下对星系光度函数的观测通常集中在有限大小的视场上，这些视场优先包含明亮的光源。这些区域可能过密，因此相对于全局平均区域有偏差。使用基于Choudhury & Ferrara（2006）的半解析模型，该模型经过校准以匹配大范围的观测，我们研究了过密区域宇宙的再电离和热历史。计算结果表明：（1）由于源数的增加和辐射反馈的增加，在有偏区的再电离和热历史与平均值有明显的不同。(ii)有偏差区域的星系光度函数与平均区域的光度函数有明显的不同。特别是，宇宙再电离产生的辐射反馈效应在更明亮的光度下是可见的。(iii)由于过密区域内的辐射反馈增强，在这些区域的光度函数比平均区域对再电离历史更敏感。反馈效应对于绝对AB星等$M_{AB} \gtrsim -17$在$z=8$是可见的，几乎在现今观测的范围之内，并且肯定会被JWST探测到。这可能作为辐射反馈的额外探测器，从而在高红移下再电离。
2010-11-26 astro-ph.CO
ETHOS -- an effective theory of structure formation: predictions for the high-redshift Universe -- abundance of galaxies and reionization
我们对比预测的高红移星系人口和再电离的历史之间的冷暗物质（CDM）和另一种自相互作用的暗物质模型的基础上，最近开发的ETHOS框架，阐明了小规模CDM的挑战，在本地组。我们进行了最高分辨率的流体动力学宇宙学模拟（一个36兆秒差距的$^3$体积与气体细胞质量的$\sim10^5\mathrm{M}_{\odot}$和$\sim180$ ~pc的最小气体软化）内ETHOS的日期-加上CDM对应-量化的丰富的星系在高红移和它们对再电离的影响。我们发现，ETHOS预测的星系具有更高的紫外（UV）光度比他们的CDM同行和更快的建立的暗端的UV光度函数。然而，这些效应使得再电离的光学深度对功率谱截止不太敏感：ETHOS模型与CDM $τ$值的差异仅为10%，如果紫外光子的有效逃逸分数为0.1-0.5，则与普朗克极限一致。我们的结论是，目前的观测高红移光度函数不能区分ETHOS和CDM模型，但深JWST调查强透镜，固有的暗淡星系有可能测试非CDM模型，提供有吸引力的解决方案CDM的本地组问题。
2019-01-09 astro-ph.CO hep-ph
Ultraviolet Luminosity Density of the Universe During the Epoch of Reionization
银河系外背景光的空间波动跟踪宇宙中所有恒星和星系的总发射。多波长研究可用于测量宇宙大约5亿年时再电离期间第一个星系的综合发射。在这里，我们报告弧分尺度的空间波动，在最深的天空调查之一，哈勃太空望远镜在五个波段之间的0.6和1.6 $μ$ m。通过模型拟合观测到的强度涨落角功率谱，得到$z$ > 8时星系的紫外光度密度为$\log ρ_{\rm UV} = 27.4^{+0.2}_{-1.2}$ erg s $^{-1}$ Hz $^{-1}$ Mpc $^{-3}$ $(1σ)$ .这种水平的综合光发射允许一个显着的表面密度较暗的原始星系，低于点源检测水平在目前的调查。
2015-09-09 astro-ph.CO
On the relative Contribution of high-redshift Galaxies and Active Galactic Nuclei to Reionization
本文讨论了不同天体物理源对不同红移中性氢电离的贡献。我们批判性地修正了赞成/反对活动星系核（AGN）和/或莱曼破裂星系（LBG）在z>5时对宇宙再电离的实质性贡献的论点。我们考虑外推的高z类星体和LBG光度函数和它们的红移演化，以及间接约束的空间密度的低光度活动星系核的星系恒星质量函数的基础上。由于LBG单独的再电离的假设需要一个显着的贡献，微弱的矮星系和LyC光子逃逸分数（f_esc）的顺序~ 20%，在紧张与目前的观测限制，我们检查在哪个假设活动星系核和LBG可能提供一个组合的相关贡献的再电离。我们发现，一个相对陡峭的活动星系核光度函数的暗端，与目前的限制一致，提供了相关的（虽然次主导）的贡献，从而使我们能够恢复所需的电离光子率与f_esc~5%至z~7。在较高的红移，我们测试的情况下，亮度依赖的f_esc的情况下，我们得出结论，如果观察到的LBG确实是由非常低的f_esc的特点，值的顺序f_esc~70%的需要低于我们的检测阈值的对象，这个星系人口提供了大量的贡献再电离。显然，对暗源（活动星系核和长周期星系团）性质的研究是至关重要的。
2012-06-25 astro-ph.CO
Axions and the RR Lyrae Period-Luminosity Relation
Durham University（杜伦大学）
本研究探讨轴子对天琴座RR型星周期-光度关系的影响，发现轴子冷却效应使核心质量增加，导致PLR零点向更亮方向偏移，且该偏移与M3星团零点校准不确定性相当。
2026-09-24 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
Two Epochs of Globular Cluster Formation from Deep Fields Luminosity Functions: Implications for Reionization and the Milky Way Satellites
我们银河系中球状星团的年龄已知的精确度约为\pm 1 Gyr，因此它们在红移z>~3时的形成，以及它们在等级宇宙学和星系际介质再电离中的作用仍然相对不确定。本文分析了球状星团的形成对哈勃超深场观测到的高红移星系的静止坐标系紫外光度函数和紫外连续谱斜率的影响。我们发现，大多数现今的球状星团形成于两个不同的时期：在红移z ~ 2-3和在红移z>~6。原始GC系统的诞生产生了星系LF的陡峭，昏暗的斜坡，并且因为原始GC的亮度在形成后5百万年消退，它们的蓝色与观测非常一致。我们的研究结果表明：i）大部分年龄>~12 Gyr的老球状星团（约占总星团的50%）形成于相对质量较大的矮星系中，红移z>~6; ii）原GC形成是这些矮星系中恒星形成的一种重要模式，并可能主导了再电离过程。这种情况的另一个后果是，一些质量最大的银河系卫星可能是暗淡的，但尚未被发现，因为潮汐剥离占主导地位的GC人口之前，显着剥离这些卫星的暗物质晕。这一设想可能会缓解CDM模拟和观测之间的一些剩余紧张关系。
2012-11-26 astro-ph.CO
The duration of reionization constrains the ionizing sources
我们调查的性质的星系，再电离宇宙影响的持续时间。我们对比两组模型：一个在其中星系的光度函数的暗淡的一面占主导地位的电离发射率，和第二个在其中星系的光度函数的明亮的一面占主导地位。光度函数的暗端演化缓慢，因此第一组模型中从大部分中性状态到大部分电离状态的转变比第二组模型需要更长的时间。现有的观测对这一转变持续时间的限制相对较弱，但从表面上看，更倾向于亮面星系起主要作用的模型。从再电离时代开始，对宇宙微波背景中的动力学Sunyaev Zeldovich效应的测量也指向同一方向。
2018-03-27 astro-ph.CO astro-ph.GA
Reionization, UV Luminosity and 21$\,$cm Sensitivity to Primordial Magnetic Fields: Impact of Energy Losses
Université Libre de Bruxelles（布鲁塞尔自由大学）；Institute for Nuclear Research of the Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院核物理研究所）；Vrije Universiteit Brussel（布鲁塞尔自由大学）
研究通过考虑能量损失对原始磁场的影响，重新评估其约束，并展示21厘米信号实验HERA对原始磁场的灵敏度提升。
2026-10-02 astro-ph.CO
Model-independent Reconstruction of UV Luminosity Function and Reionization Epoch
本研究采用非参数高斯过程方法重建UV光度函数，发现其偏离传统Schechter模型，并结合JWST等数据联合分析，得出了不受该偏离影响的再电离历史及光深等精确参数。
2024-12-23 astro-ph.CO astro-ph.GA
Astroparticle Constraints from Cosmic Reionization and Primordial Galaxy Formation
我们推导出不同的暗物质替代冷暗物质（CDM）的方案中的天体粒子约束：热遗迹暖暗物质，WDM;模糊暗物质，$ψ$ DM;自相互作用暗物质，SIDM;无菌中微子暗物质，$ν$ DM。我们的框架是基于更新的确定的高红移紫外光光度函数的原始星系的红移$z\sim 10$，在上述DM方案的数值模拟红移依赖的晕质量函数，和强大的约束宇宙的再电离历史，从最近的天体物理和宇宙学数据集。首先，我们建立了一个宇宙再电离的经验模型，其特征在于由两个参数，即逃逸分数$f_{\rm esc}$的电离光子从原始星系，和极限UV幅度$M_{\rm UV}^{\rm lim}$下，外推的UV光度函数急剧增加。其次，我们执行UV光度函数和晕质量函数的标准丰度匹配，获得UV光度和晕质量之间的关系，其形状取决于每个DM场景特定的天体粒子数量$X$（例如，WDM粒子质量）;我们利用这样的关系，在分析中引入了一个限制，从原始星系形成，在阈值晕质量方面，超过原始星系可以有效地形成恒星。第三，我们实现了顺序更新的Bayesian MCMC技术，对三个参数$f_{\rm esc}$、$M_{\rm UV}^{\rm lim}$、$X$进行联合推断，并比较不同DM场景对再电离历史的结果。最后，我们强调了我们的天体粒子估计的相关性，在预测的行为的高红移紫外光度函数在微弱的，但未探索的幅度，可能会测试的詹姆斯韦伯太空望远镜的出现。
2022-09-12 astro-ph.CO
Semi-analytic forecasts for JWST -- V. AGN luminosity functions and helium reionization at z = 2-7
早期宇宙中形成的活动星系核（AGN）被认为是导致星系际氦再电离的硬电离光子的主要来源。然而，高红移活动星系核的数密度和光谱性质在很大程度上仍然不受约束。在这项工作中，我们利用各种各样的可用的观测校准的物理信息模型，以提供在整个再电离时代的AGN的作用的估计。我们提出了活动星系核的光度函数在各种波段之间的z = 2至7预测的成熟的圣克鲁斯半解析模型，其中包括建模的黑洞吸积和活动星系核的反馈。然后，我们结合预测的活动星系核人口的电离光子产生率，这取决于吸积超大质量黑洞的质量和吸积率的自洽估计的物理谱模型。然后，我们耦合预测的共动电离发射率与分析模型计算星系际氦和氢随后的再电离历史。这项工作表明，耦合物理动机的分析或半分析技术，以捕捉多尺度的物理过程，在广阔的尺度范围内（在这里，从活动星系核吸积盘的宇宙尺度）的潜力。我们的物理模型预测的内在电离光子预算远高于许多文献中的估计，这意味着氦再电离可以轻松地完成，即使具有相对较低的逃逸分数。我们还预测活动星系核的人口，预计将在未来的\emph{James Webb Space Telescope}调查。
2021-09-27 astro-ph.CO astro-ph.GA
The BlueTides Simulation: First Galaxies and Reionization
我们介绍了BlueTides模拟和报告的第一个星系和活动星系核的光度函数的初步结果，以及它们对再电离的贡献。BlueTides在NCSA的BlueWaters集群上从$z=99$到$z=8.0$运行，并且在每侧盒的$400$ Mpc/h中包括2个$\times$ 7040 $^3$粒子，使其成为有史以来在高红移下进行的最大流体动力学模拟。BlueTides包括平滑粒子流体动力学、气体冷却、恒星形成（包括分子氢）、黑洞生长以及恒星和活动星系核反馈过程模型的压力-熵公式。模拟中的恒星形成率密度与$z\sim 8-10$当前的观测数据很好地匹配。我们发现观测和预测的星系光度函数在目前可观察到的范围$-18\le M_{\mathrm UV} \le -22.5$与一些尘埃消光需要匹配的丰富的更明亮的对象之间有很好的协议。BlueTides实现了一个补丁再电离模型，产生波动的紫外线背景。BlueTides预测了比当前观测极限更暗的星系的数量，这与外推光度函数的暗端斜率与$z\sim 8$的幂律指数$α\sim -1.8$和$α\sim (1+z)^{-0.4}$的红移依赖性是一致的。活动星系核的光度函数符合幂律，其斜率$α\sim -2.4$与最深的坎德尔-货物场相当。我们研究了这些光度函数如何影响再电离的进程，并发现，如果星系在再电离过程中占主导地位的电离光子预算，则需要高的莱曼- $α…
2015-04-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
CANDELS: The Contribution of the Observed Galaxy Population to Cosmic Reionization
我们目前的特定紫外光光度密度的测量，从483个星系的样本在6<z<8。这些星系是从CANDELS，HUDF 09和ERS计划的新的深近红外HST图像中选出的。与大多数以前的分析，假设星系紫外线（UV）光度的分布遵循Schechter分布，并继续分布到远低于我们的可观测极限的光度相反，我们调查的贡献，我们可以观察到的星系，从这些假设。我们发现，在z=6时，如果平均电离光子逃逸分数（fesc）为~ 30%，则可观测的星系群可以维持一个完全再电离的IGM。许多先前的研究已经测量了这些红移变化5倍的紫外光光度密度，许多人得出结论，星系无法在z=6时完成再电离，除非调用大量比检测极限更暗的星系，或者存在极高的f_esc值。从我们观测到的星系样品在z=7-8的UV光度密度是不足以维持一个完全再电离的IGM，除非f_esc> 50%。结合我们的观测结果和来自Ly-alpha森林观测的电离光子发射率的约束条件，如果观测到的星系是再电离的唯一贡献者，我们可以将f_esc约束为<34%（2-sigma），或者如果光度函数扩展到M_UV =-13，则f_esc约束为<13%（2-sigma）。这些逃逸分数足以在z=6时完成再电离。这些限制意味着IGM的体积电离分数在z>7时变得小于1，这与许多互补的再电离探针一致。如果微弱的星系主导再电离，未来的JWST观测将探测到足够深的地方来看到它们，从而对电离光子…
2012-06-06 astro-ph.CO
Modelling the observed luminosity function and clustering evolution of Lyman-$α$ emitters: growing evidence for late reionization
利用经验静止坐标系等效宽度分布模型研究了高红移（z > 5）Lyman- $α$发射星系（LAE）的星系群.我们校准到观测到的光度函数和角关联函数在z = 5.7测量的SILVERRUSH调查。这使我们能够填充的高动态范围舍伍德模拟套件LAEs，并计算其LY $α$发射通过星系间介质（IGM）的传输。我们使用这个模拟的人口来探索IGM对LAEs的高红移观测的影响，并在z = 6.6，7.0和7.3的窄带滤波器红移的预测。比较我们的模型与现有的观测，我们发现一个后期再电离的建议，与最近的低光学厚度来自宇宙微波背景（CMB）的普朗克合作和不透明度波动的Ly $α$森林。我们还探讨了环银河系介质（CGM）的作用和较大的体积的气体，这是降落到主机晕与IGM在衰减的LY $α$信号，发现一个显着的部分衰减是由于CGM和降落的气体，这增加了对再电离结束，虽然有一个大的分散在整个模拟LAE人口。
2019-02-13 astro-ph.CO astro-ph.GA
Reionization after Planck: The Derived Growth of the Cosmic Ionizing Emissivity now matches the Growth of the Galaxy UV Luminosity Density
普朗克的汤姆逊光学深度τ测量为宇宙的再电离提供了新的见解。为了追求对电离源性质的模型独立约束，我们确定了宇宙电离发射率的经验演化。我们利用一个简单的双参数模型，根据新的普朗克光学深度τ的测量结果、类星体吸收谱的约束条件和z~7-8星系中Ly-alpha发射的普遍性，绘制了z> 6时发射率的演化图。我们发现观测所要求的发射率点{N}_{ion}（z）的红移演化为d（log Nion）/dz=-0.15（-0.11）（+0.08），这在很大程度上与假定的聚团因子C_{HII}无关，并且完全与电离源的性质无关。点{N}_{ion}（z）的变化趋势与星系紫外光密度（dlog_{10} rho_UV/dz=-0.11+/-0.04）的变化趋势很好地匹配，达到了>~-13等的星等极限，这表明星系是驱动宇宙再电离的源。星系的作用被进一步加强的转换从UV光度密度rho_UV到dot（N）_{ion}（z）是可能的逃逸分数f_{esc}，莱曼连续体光子产生效率xi_{ion}和暗端截止$M_{lim}$的光度函数的物理上合理的值。类星体/活动星系核似乎既不符合红移演化，也不符合电离发射率的归一化。基于电离发射率的推断演化，我们估计z~10的紫外光度密度比$z~6低8（-4）（+15）倍，与观测结果一致。目前的方法对比推断的电离发射率的演变与星系紫外线光度密度增加了越来越多的观测证据，微弱的，恒星形成…
2015-09-05 astro-ph.CO astro-ph.GA
The size-luminosity relation at z=7 in CANDELS and its implication on reionization
对星系大小与其它物理参数关系的探索为理解星系形成提供了重要线索。我们使用的CANDELS深+宽的调查在GOODS-South，UDS和EGS领域，从HUDF 09计划的数据补充，以解决在z \sim 7的大小和光度之间的关系。我们选择了153个z波段脱落星系在六个不同的领域，其特征在于广泛的组合的深度和面积覆盖范围，非常适合于样品没有偏见的观察到的大小-星等平面。详细的模拟使我们能够推导出作为大小和幅度的函数的完整性，并量化测量误差/偏差。我们发现，在J=26.6以下的z \sim 7星系中，半光半径分布函数在<0.1弧秒（或相当于0.5 kpc）处达到峰值，而在较亮的星等下，高z星系的半光半径分布函数通常大于~0.15弧秒。我们还发现了一个定义良好的大小-光度关系，Rh \simL^1 /2。我们计算了HUDF和P12 HUDF场中的光度函数，发现暗星系的数量密度存在很大的空间变化。采用在z=7的暗星系中发现的大小分布和大小-光度关系，我们导出了在此红移下LBG的光度函数的平均斜率为-1.7 \pm 0.1。利用这个LF，我们发现如果IGM是clusional（C_HII>3），并且高z LBG的莱曼连续谱逃逸分数相对较低（f_esc<0.3），电离光子的数量不能保持宇宙的再电离。有了未来的CANDELS数据，我们可以严格限制星系在宇宙再电离中的作用。
2012-09-21 astro-ph.CO
The Lyman-alpha luminosity function at z=5.7-6.6 and the steep drop of the faint end: implications for reionization
我们提出了新的结果，从最宽的窄带调查搜索莱曼α（Lya）发射器在z=5.7，再电离后。我们调查了分布在COSMOS、UDS和SA 22领域的总共7度$^2$。我们发现了超过11，000个线发射器，其中514个是z=5.7的鲁棒Lya候选物，体积为6.3 × 10 $^6$ Mpc $^3$。我们的Lya发射体在Lya光度上跨越了很宽的范围，从微弱到明亮（L $_{\rm Lyα}\sim10^{42.5-44}$ erg s $^{-1}$）和静止帧等效宽度（EW $_0$ ~25-1000 nm），在一个单一的均匀数据集中。通过结合我们所有的场，我们发现z=5.7 Lya光度函数的暗端斜率非常陡，具有$α=-2.3^{+0.4}_{-0.3}$。我们还提出了一个更新的z=6.6 Lya光度函数，基于可比的体积和相同的方法，我们直接比较在z=5.7。我们发现从z=5.7到z=6.6（通过$0.5\pm0.1$ dex），微弱的Lya发射体的数密度显著下降，但在亮端没有演化/L* 没有演化。z=6.6的微弱Lya发射体比z=5.7的发射体显示出更多的扩展晕，这表明中性氢起着重要作用，增加了散射并导致在再电离时期内观测丢失微弱Lya发射。总之，我们的结果表明，我们正在观察斑片状再电离，它首先发生在最亮的Lya发射体周围，允许这些源的数量密度不受中性氢分数从z~5到z~7的增加的影响。
2016-08-20 astro-ph.CO astro-ph.GA
Definitive upper bound on the negligible contribution of quasars to cosmic reionization
宇宙（氢）再电离标志着宇宙在红移z >= 6时的主要相变之一。在这一时期，星系际介质（IGM）中的氢原子被莱曼连续谱（LyC）光子电离。然而，它仍然具有挑战性，以确定负责再电离的LyC光子的主要来源。特别是，类星体（或活动星系核，AGN）和星系的单独贡献仍在争论中。在这里，我们构造了z >= 6的1型类星体的远紫外（far-UV）光度函数，跨度为10个星等（-19 < M_UV < -29），最终表明类星体对再电离的贡献可以忽略不计。我们主要寻找M_UV > -23等的低光度范围内的类星体，这对于确定类星体的总LyC光子产生至关重要，但以前几乎没有探索过。我们发现，类星体人口只能提供不到7%（95%的置信水平）的总光子需要保持宇宙电离在z = 6.0 - 6.6。我们的结果表明，星系，大概是低光度恒星形成系统，是氢再电离的主要来源。
2022-06-15 astro-ph.CO astro-ph.GA
On the faint-end of the high-$z$ galaxy luminosity function
最近对再电离时期（EoR，$z\gsim6$）星系光度函数（LF）的测量表明，填充LF暗端的低质量星系的数密度急剧增加。然而，由于低质量晕中的恒星形成很容易受到电离辐射的抑制甚至淬灭，因此预计在一些微弱的紫外量级上会发生周转。使用一个物理动机的分析模型，我们量化的LF模糊端形状的再电离反馈效应。我们发现，如果再电离反馈被忽略，幂律Schechter参数化特征的LF暗端仍然有效的绝对UV幅度$\sim -9$。相反，如果辐射反馈足够强，在圆速度小于50 km/s $^{-1}$的晕中淬灭恒星形成，LF开始下降到绝对UV星等$\sim -15$，即略低于$z\sim5$的当前（无透镜）调查的检测极限。在绝对紫外星等较高时，由于再电离过程和星系形成的相互作用，大部分星系光来自EoR之前形成的遗迹星。我们认为，星系数计数数据，特别是在透镜领域，可以把强有力的约束再电离反馈。在具有较强再电离反馈的模型中，绝对紫外星等高于$\sim -13$和小于$\sim - 8$的星系中的恒星通常较老。因此，恒星年龄-紫外线星等关系可以作为一种可供选择的反馈探针.
2016-08-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
Constraining the evolution of CII intensity through the end stages of reionization
我们结合星系观测（Hemmati et al. 2017）中对局部CII 158 $μ$ m线光度函数的可用约束，以及恒星形成率密度的演变和Pullen et al.（2018，假设检测）中最近的CII强度映射测量，推导出$z \sim 0-6$上CII光度-晕质量关系的演变。我们开发了方便的拟合形式的CII光度晕质量关系的演变，并预测约束的CII强度映射功率谱及其相关的不确定性跨越红移。我们预测的灵敏度，以检测即将到来的PIXIE，STARFIRE，EXCLAIM，CONCERTO，TIME和CCAT-p-like调查的功率谱，以及未来可能的强度映射观测与ALMA设施。
2019-07-05 astro-ph.CO astro-ph.GA
First Results from the Lyman Alpha Galaxies in the Epoch of Reionization (LAGER) Survey: Cosmological Reionization at z ~ 7
我们目前的第一个结果，从正在进行的LAGER项目（莱曼阿尔法星系在时代的再电离），这是最大的窄带调查$z \sim$ 7星系的日期。使用专门为NOAO/CTIO 4米布兰科望远镜上的超级大面积暗能量相机（DECam）建造的窄带滤波器NB 964，LAGER在3 deg PDMATHAMN COSMOS领域收集了34小时的NB 964窄带成像数据。我们已经确定了23个莱曼阿尔法Ehrman（LAE）候选人在$z$ = 6.9在中央2度$^2$区域，其中DECam和公共COSMOS多波段图像存在。由此产生的光度函数可以被描述为一个Schechter函数，在亮端有一个显著的过量（4个星系的$L_{Lyα} \sim $ 10 $^{43.4\pm0.2}$ erg s $^{-1}$）。在$L_{Lyα}\sim$ 10 $^{43.4\pm0.2}$和$^{-1}$处的数密度与z= 6.6相比几乎没有变化，而在较暗的$L_{Lyα}$处，数密度显著降低。总的来说，我们看到Ly $α$光度密度从$z$ = 5.7减少到6.9。结合一个更温和的演变的连续紫外线光度密度，这表明一个因素的$\sim 3$抑制的Ly $α$通过辐射传输通过$z \sim$ 7星系际介质（IGM）。它表明IGM中性分数$x_{HI}$ $\sim$为0.4- 0.6（假设Ly $α$速度偏移为100-200 km…
2017-06-14 astro-ph.CO astro-ph.GA
Early Structure Formation Constraints on the Ultra-Light Axion in the Post-Inflation Scenario
许多研究都集中在暗物质作为超轻类轴子粒子（ALP）的可观测特征上。我们专注于一个特别戏剧性的签名在后期宇宙物质功率谱发生，如果对称性破缺，建立ALP发生后，通货膨胀-白噪声密度波动，占主导地位，在小尺度上的绝热波动从通货膨胀。这些涨落改变了非线性结构形成的早期历史。我们发现，对称性破缺尺度的$f_A \sim 10^{13}-10^{15}$ GeV，这需要一个高的有效最高温度膨胀后，ALP暗物质与粒子质量的$m_A \sim 10^{-13}-10^{-20}$ eV可以显着改变高红移矮星系的数量，再电离的历史，和LY $α$森林。我们认为这三个观察。我们发现，Ly $α$森林是目前的观测量，最受约束的，不包括$f_A \gtrsim 10^{15}$ GeV（$m_A \lesssim 10^{-17}$ eV）在最简单的模型ALP和相当低的值耦合到一个隐藏的强相互作用的部门（$f_A \gtrsim 10^{13}$ GeV和$m_A \lesssim 10^{-13}$ eV）的模型。观测结果限制了再电离的极高红移尾部，可能不利于与森林类似的等曲率波动水平。未来的$z\sim 20-30$ 21厘米观测有可能进一步改善这些限制，利用等曲率增强丰度的$\sim10^4M_\odot$晕的超音速运动将冲击加热重子，从而获得大的BAO特征。
2020-06-23 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Intensity mapping of molecular gas during cosmic reionization
我提出了一个简单的计算预期的平均CO亮度温度从大尺度分布的星系在宇宙再电离。该计算是基于宇宙恒星形成率密度所需的reflection，并保持电离，星系际介质，并使用标准的恒星形成率，红外光度，和CO光度之间的关系得出的恒星形成星系在很宽的范围内的红移。我发现，在$z = 8$能使宇宙回复的星系所产生的平均CO亮温是$T_B \sim 1.1 (C/5) (f_{esc}/0.1)^{-1} μ$ K，其中$f_{esc}$是第一个星系电离光子的逃逸分数，$C$是IGM聚集因子。在宇宙再电离过程中，在$10^2$到10 $^3$ deg $^2$的尺度上，对恒星形成星系的大尺度结构的CO发射的强度绘图，结合中性IGM的HI 21 cm成像，将提供对星系形成的最早时期的全面研究。
2011-02-18 astro-ph.CO
Axion mechanism of Sun luminosity, dark matter and extragalactic background light
我们发现，在太阳速跃层（对流层底部）的磁场的环形分量的时间变化和地球磁场（Y分量）之间存在着很强的反相关性。假设的太阳轴子可以在外部电场或磁场中转化为光子（逆普里马科夫效应），它可能是太阳对流区的磁场调制地球磁场的工具。我们提出了太阳光度的轴子机制和“太阳发电机--地球发电机”的联系，其中57 Fe核中M1跃迁发射的一个太阳轴子通量分量的能量首先受到太阳速跃层磁场的调制（由于逆相干普里马科夫效应），然后在地球核心共振吸收，从而起到地球磁场能量调制器的作用。在此机制框架下，得到了轴子与光子耦合强度（g_{a γ} = 7.07 e-11 1/GeV）、轴子与核子耦合强度（g_{an} = 3.20 e-7）、轴子与电子耦合强度（g_{ae} = 5.28 e-11）和轴子质量（m_a = 17 eV）的估计.它还表明，声称的轴子参数不矛盾的任何已知的实验和理论模型独立的限制。我们研究了17 eV轴子形式的暗物质对河外背景光的影响，发现在近紫外、可见光和近红外波段（1500-20000埃），衰变轴子产生的河外背景光的光谱强度与观测波长的函数关系与已知的实验数据符合得很好.
2013-04-29 astro-ph.CO astro-ph.SR hep-ph
Powering reionization: assessing the galaxy ionizing photon budget at $z < 10$
我们提出了一个新的分析电离发射率（$\dot{N}_{\rm{ion}}$，s $^{-1}$ Mpc $^{-3}$）的星系在再电离的时代和他们的潜力完成和维持再电离。我们使用广泛的SED模型-结合两个合理的机制莱曼连续光子逃逸-探索电离效率的范围和演变与星系颜色的新结果（$β$）在这个时代。我们估计$\dot{N}_{\rm{ion}}$的光度和恒星形成率密度在$z<10$的最新观测，概述了与我们的新模型一致的发射率历史的范围。鉴于越来越多的观测证据的紫外线的颜色，在高红移星系的星等关系，我们发现，任何合理的星系性质的演变，红色（较亮）的星系产生电离光子的效率较低比他们的蓝色（较暗）的同行。在$β$中红移和光度演化的假设导致了两个重要的结论。首先，星系的电离效率自然地随红移而增加。其次，对于一个光度依赖的电离效率，我们发现，星系下降到一个单独的$M_{\rm{UV}} \approx -15$静止帧的幅度可以产生足够数量的电离光子，以维持再电离早$z\sim8$的聚集因子为$C_{\rm{H {\small II}}} \leq 3$。
2015-05-07 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Galaxy UV Luminosity Function Before the Epoch of Reionization
我们提出了一个模型的星系紫外线（UV）光度函数（LF）在整个宇宙时间的恒星形成与暗物质晕的组装下的质量依赖，但红移独立的假设，效率的演变。我们引入了一个新的自洽治疗晕星形成的历史，这使我们能够在$z>10$（回顾时间$\lesssim500$百万年），当增长迅速的预测。在一个单一的红移校准设置恒星晕质量比，没有进一步的自由度，我们的模型捕捉到的紫外线LF在所有可用的观测（$0\lesssim z\lesssim10$）的演变。在$z\sim8$以外的星系中，目前可探测到的光度密度的显著下降可以用恒星形成向质量较小、较暗的星系转移来解释。假设恒星的形成过程中下降到原子冷却晕，我们得到了再电离光学深度$τ= 0.056^{+0.007}_{-0.010}$，完全符合最新的普朗克测量，这意味着宇宙是完全再电离在$z=7.84^{+0.65}_{-0.98}$。此外，我们的模型自然产生顺利上升的恒星形成的历史与观测和流体动力学模拟的$L\lesssim L_*$的星系。在$z>10$的再电离时期之前，我们预测LF仍然由Schechter函数很好地描述，但是具有越来越陡的暗端斜率（$z\sim16$处的$α\sim-3.5$）。最后，我们用\JWST ~和\WFIRST建立了巡天预报，并预测将观测到$z\sim14$以外的星系。JWST和WFIRST只有在强透镜放大的帮助下才有可能访问$z>…
2015-12-01 astro-ph.CO astro-ph.GA
Active Galactic Nuclei Shed Light on Axion-like-Particles
我们证明了天体光度关系中的散射可以用来寻找类轴子粒子（ALP）。这种分析适用于活动星系核的观测，在那里我们发现的证据强烈暗示存在一个非常轻的ALP。
2009-02-13 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The Luminosity Function at z~8 from 97 Y-band dropouts: Inferences About Reionization
[简要]我们提出了迄今为止最大的搜索$z\sim8$莱曼破裂星系（LBG）的基础上350弧分$^2$的HST观测的V，Y，J和H波段的电离银河系（BoRG）调查。BoRG数据集包括$\sim$ 50 arcmin $^2$的新数据和对两个先前BoRG点的更深入观察，从中我们提出了9个新的$z\sim8$ LBG候选者，使BoRG LBG的总数达到38个与$25.5\leqslant m_{J} \leqslant 27.6$（AB系统）。我们介绍了一种新的贝叶斯形式主义估计星系光度函数（LF），它不需要装箱（因此涂抹）的数据，并包括一个可能性的基础上正式正确的二项分布，而不是经常使用的近似泊松分布。我们展示了新方法在$97$ LBG样本上的实用性，该样本将明亮的BoRG星系与Bouwens等人（2012）发表的来自HUDF和ERS计划的较暗源相结合。我们发现，$z\sim8$ LF是很好地描述了一个Schechter函数的特征幅度$M^\star = -20.15^{+0.29}_{-0.38}$，$α= -1.87^{+0.26}_{-0.26}$的弱端斜率，和数密度的$\log_{10} ϕ^\star [\textrm{Mpc}^{-3}] = -3.24^{+0.25}_{-0.24}$。这个LF向下积分到$M=-17.7$，产生一个光度密度，$\log_{10} ε[\t…
2014-03-25 astro-ph.CO
Simulating galaxies in the reionization era with FIRE-2: galaxy scaling relations, stellar mass functions, and luminosity functions
我们展示了一套来自真实环境反馈项目的z>5的宇宙学放大模拟，在z=5时，跨越晕质量范围M_halo~10^8-10^12 M_sun。我们预测了恒星质量晕质量关系，恒星质量函数和光度函数在几个波段从z=5-12。在z=5-12时，恒星质量-晕质量关系的中值并不强烈演化。光度函数的暗端斜率随着红移的增加而变陡，这是从这些红移处的晕质量函数继承而来的。在z~6以下，恒星质量函数和紫外光光度函数在M_star~10^4.5 M_sun（比M_1500 ~-12暗）以下稍微变平，这是由于低质量晕中恒星形成在再电离结束时受到电离背景的抑制。在更高的红移下不会出现这种平坦化。给出了SFR-M_halo、SFR-M_star和宽带星等-恒星质量关系的红移相关拟合函数。我们得到了z=5-12的恒星形成率密度和恒星质量密度，并表明在z>8时，来自非常微弱星系的贡献变得更加重要。此外，我们还发现比M_1500~-20亮的z~6 UV光度函数的下降主要是由于尘埃的衰减。在亮度大于M_1500=-13（-17）的星系中，大约有37%（54%）的紫外线光度被z~6的尘埃遮蔽。我们的结果与当前的数据基本一致，可以通过未来的观测进行检验。
2018-03-29 astro-ph.CO astro-ph.GA
Inferring the astrophysics of reionization and cosmic dawn from galaxy luminosity functions and the 21-cm signal
第一个星系的属性，预计将驱动宇宙黎明（CD）和再电离时代（EoR），被编码在宇宙21厘米信号的3D结构中。从即将到来的21厘米观测参数推断有望彻底改变我们对这些看不见的星系的理解。然而，先前的推断是使用具有几个简化假设的模型进行的。在这里，我们介绍了一个灵活的，物理动机的参数化高$z$星系的属性，实现它在公共代码21厘米FAST。特别是，我们允许他们的恒星形成率和电离逃逸分数的规模与他们的主机暗物质晕的质量，并直接计算不均匀的，在星系际介质中的子网格重组。结合当前哈勃观测的静止帧紫外光度函数（UV LFs）在高$z$与模拟1000小时21厘米观测使用氢时代的再电离阵列（HERA），我们约束我们的模型的参数使用蒙特卡罗马尔可夫链采样器的三维模拟，21 CMMC。我们发现，恒星质量的振幅和缩放与晕质量的LF观测的强烈约束，而其余的星系属性主要是由21厘米的观测约束。这两个数据集相互补充得很好，减轻了每个观察结果固有的退化。我们的所有八个天体物理参数都能够被限制在$\sim 10\%$或更好的水平。本工作中使用的21cmFAST和21CMMC的更新版本是公开的。
2019-01-23 astro-ph.CO astro-ph.GA
Cosmic Reionization After Planck and Before JWST: An Analytic Approach
宇宙氢的再电离标志着宇宙结构形成历史上的一个关键时刻。在这里，我们提出了一个新的制定标准再电离方程的体积平均HII分数的演变，这是更符合公认的概念模型的不均匀星系际吸收。修订后的方程保留了经典计算的基本术语和简单性，但明确说明了光学厚“莱曼极限系统”的存在，已知该系统用于确定重叠后电离辐射的平均自由程。该方程的积分通过平滑地将这种过程的重叠前阶段与重叠后阶段联系起来，提供了再电离时间的更好表征。我们确认的有效性的准瞬时近似的预测再电离完成/维护，并讨论了新的见解宇宙再电离的来源，使用改进的形式主义。一个恒定的发射率到星系际介质（IGM）的3莱曼连续（LyC）光子每原子每陀螺仪导致再电离的历史，这是一致的一些观测约束的电离态的z=5-9宇宙和减少汤姆逊散射光学厚度最近报告的普朗克合作。虽然恒星形成星系可以主导再电离过程，如果逃逸到IGM的LyC光子的光度加权分数f_esc超过15%（对于M_lim=-13的星系UV光度函数的微弱星等截止值和xi_ion=10^{25.3} Hz/erg的每单位1500 AA光度的LyC光子产额，两个未知量f_esc_xi_ion的乘积不随红移而变化的简单模型不能再现在这些时期观察到的IGM的中性变化。
2017-10-20 astro-ph.CO astro-ph.GA
What are the Pillars of Reionization? Revising the AGN Luminosity Function at z~5
通过结合地基巡天和JWST深场观测，本研究重新审视了z~5处AGN光度函数，发现暗弱AGN空间密度演化缓慢且产生足够电离光子，表明高红移AGN可能是宇宙再电离的主要贡献者。
2024-07-30 astro-ph.CO astro-ph.GA
Astraeus VI: Hierarchical assembly of AGN and their large-scale effect during the Epoch of Reionization
在这篇文章中，我们使用ASTRAEUS（N体暗物质模拟中星系形成和再电离的半数值辐射转移耦合）框架来研究宇宙再电离源的性质。我们扩展ASTRAEUS，它已经耦合了一个星系形成半解析模型与详细的半数值再电离计划，包括一个模型的黑洞的形成，增长，并从相关的活动星系核（活动星系核）的电离辐射的生产。我们校准了我们的基准活动星系核模型，以再现z ~ 5处的热光度函数，并探讨了由此产生的活动星系核人口在宇宙再电离中的作用。我们发现，在所有得到合理活动星系核光度函数的模型中，星系在再电离时期的电离收支中占绝对优势，活动星系核在z=6时占电离收支的1-10%，只有在z < 5时才开始发挥作用。
2022-07-26 astro-ph.CO astro-ph.GA
Dark-ages Reionization and Galaxy Formation Simulation - X. The small contribution of quasars to reionization
受最近对高红移暗活动星系核数密度测量的启发，我们在更新的Meraxes半解析模型中通过跟踪中心超大质量黑洞的生长来研究类星体对再电离的贡献.该模型对观测到的恒星质量函数在$z\sim0.6-7$，黑洞质量函数在$z\lesssim0.5$，全球电离发射率在$z\sim2-5$和汤姆逊散射光学深度进行校准。该模型再现了Magorrian关系与观测在$z<0.5$和预测减少黑洞质量对较高的红移在固定的总恒星质量。类星体辐射的张角为80度，对应于由于尘埃遮蔽而导致的${\sim}23.4$ %的可观测分数，该模型能够再现在$z\sim0.6-6$处观测到的类星体光度函数。来自暗活动星系核的恒星光在紫外光通量中占很大比例。在高红移时，该模型与亮端类星体光度函数一致，并表明Giallongo等人（2015）最近编制的微弱$z\sim4$ AGN样本包括很大一部分恒星光。直接应用这个光度函数来计算活动星系核的电离辐射率，结果高估了类星体在$z\sim6$上产生的电离光子数3倍。我们的结论是，类星体是不可能作出重大贡献的再电离。
2017-09-26 astro-ph.CO astro-ph.GA
New Constraints on Cosmic Reionization from the 2012 Hubble Ultra Deep Field Campaign
理解宇宙再电离需要识别和表征早期氢电离光子的来源。2012年哈勃超深场（UDF 12）活动利用哈勃太空望远镜上的宽视场相机3获得了最深的红外图像，并首次系统地探索了宇宙微波背景（CMB）数据显示正在进行再电离的时代的星系群。因此，UDF 12活动提供了迄今为止对早期恒星形成星系的丰度，光度分布和光谱特性的最佳限制。我们综合了新的UDF 12结果与CMB观测的最新约束，以推断红移相关的紫外（UV）光度密度，再电离历史和电子散射光学深度演化与现有数据一致。在对氢电离光子逃逸分数和星系际介质聚集因子的合理假设下，我们发现，要使宇宙完全红移z~6，红移z~7-9的恒星形成星系的星族可能必须在UDF 12极限之下扩展到M_UV \sim -13或更暗的绝对UV星等。此外，z \simeq 7-8星系的正常紫外线颜色和UDF 12到z \simeq 10星系观测到的随红移而平滑下降的低水平恒星形成延伸到红移z~15-25，这也可能需要重现从CMB观测推断的电子散射的光学深度。
2013-03-20 astro-ph.CO
Concordance models of reionization: implications for faint galaxies and escape fraction evolution
最近的观测已经将星系紫外光度函数限制到z~10。然而，这些观测本身就允许了广泛的再电离的情况下，由于在昏暗的星系丰度和电离光子逃逸分数的不确定性。我们表明，需要与后再电离（z<6）测量的连续性，其中Lya森林提供了一个完整的宇宙学电离光子发射率的探测，显着减少了允许的参数空间。同时与实测的UV光度函数、CMB的Thomson光学厚度和Lya森林数据相一致的模型需要：1）将星系光度函数外推到非常微弱的UV星等M_lim ~-10，大致对应于UV背景抑制标度; 2）f_esc从z=4（其中最佳拟合为4%）到z=9增加> ~10倍;或3）更可能的是，未被探测到的星系贡献显著而f_esc增加更温和的混合解决方案。在低质量、再电离时期质量高达~10^10 M_sun的晕中，恒星形成受到强烈抑制的模型（例如，由于金属丰度依赖性）仅允许用于F_ESC演化的极端假设。然而，抑制质量被减小的这种模型的变体（例如，假设较早或较高的金属量底）与数据更一致。满足现有数据的一致性方案预测了50%电离分数z_reion（50%）~ 10的一致红移。另一方面，再电离的持续时间对亮星系与暗星系的相对贡献很敏感，暗星系占主导地位的情景预测了更长时间的再电离事件。过于依赖高z矮星的情况不受动力学Sunyaev-Zeldovich测量的青睐，动力学Sunyaev-Zeldovich测量更喜欢短的再电离历史。
2012-03-26 astro-ph.CO astro-ph.GA
