Statistics of the epoch of reionization (EoR) 21-cm signal -- II. The evolution of the power spectrum error-covariance
随着再电离的进行，EoR 21-cm信号预计将变得高度非高斯。这严重影响了EoR 21厘米功率谱的误差协方差，这对于预测正在进行和未来实验的探测前景非常重要。大多数早期工作都假设EoR 21-cm信号是高斯随机场，其中（1）误差方差仅取决于特定$k$ bin中的功率谱和傅里叶模式的数量，以及（2）不同$k$ bin中的误差是不相关的。在这里，我们使用一个合奏的模拟21厘米的地图来分析在不同阶段的再电离的误差协方差。我们发现，即使在非常早期的阶段再电离（$\bar{x}_{\rm HI} \sim 0.9 $）的误差方差显着超过高斯预测在小的长度尺度（$k > 0.5 \,{\rm Mpc}^{-1}$），而他们是一致的，在更大的尺度。然而，发现大多数$k$箱（大尺度和小尺度）中的误差是相关的。考虑到后面的阶段（$\bar{x}_{\rm HI} = 0.15$），误差方差在$k \ge 0.1 \, {\rm Mpc}^{-1}$内的所有$k$箱中显示出过量，并且它大约是$k \sim 1 \, {\rm Mpc}^{-1}$处的高斯预测的$200$倍。不同$k$箱中的误差也都是高度相关的，除了与其它箱反相关的两个最小的$k$箱。我们的研究结果表明，不同的21厘米实验的高斯假设的基础上的预测低估了错误，它是必要的，以纳入更现实的预测非高斯。
2016-11-11 astro-ph.CO
Effects of Antenna Beam Chromaticity on Redshifted 21~cm Power Spectrum and Implications for Hydrogen Epoch of Reionization Array
由于前景和仪器的系统性不明确，严重限制了现有实验对再电离期（EoR）红移21 cm信号的探测灵敏度。即将进行的实验面临着一个挑战，即每个天线元件提供更多的收集面积，而不会降低系统学的数据。本文及其同伴表明，使用氢时代再电离阵列（HERA）作为一个例子，碟是可行的，以实现这种平衡。在这里，我们特别确定与天线功率模式相关的频谱系统学作为对所有EoR实验的重大损害，其导致已经明亮的前景功率泄漏远远超出理想限制并污染原本干净的EoR信号模式。这种色度的主要来源是天线馈电组件中以及相邻天线中的结构之间的反射。使用精确的前景模拟考虑到宽场效应，我们提供了一个框架，以设置宇宙学动机的设计规范，这些反射，以防止进一步的EoR信号退化。我们表明HERA将不会受到这种光谱系统学的阻碍，并证明即使在不执行前景去除的保守情况下，HERA也会以高显著性检测视线$k$模式（$k_\parallel \gtrsim 0.2\,h$ ~Mpc $^{-1}$）中的EoR信号。19单元HERA布局中的所有基线都能够在天空的大量观测窗口上探测EoR。
2016-03-29 astro-ph.CO
The bispectrum and 21cm foregrounds during the Epoch of Reionization
许多研究已经建立了21厘米双谱的理论潜力，以促进我们对再电离时代（EoR）的理解，从而促进恒星和星系的早期生成。在本文中，我们看看前景和仪器效应对21厘米双谱的影响和我们的能力来测量它。不像功率谱（在没有仪器效应的情况下），有一个窗口清除平滑频谱前景，其中21厘米功率谱可能是可检测的，没有这样的“EoR窗口”的双谱。相反，在较小的尺度上，EoR结构调制的前景（FG），以改变EoR+FG双谱从前景的一个复杂的方式。在更大的尺度上，EoR结构完全被前景的结构淹没，并且EoR+FG双谱完全由前景的双谱支配。因此，双谱在我们的观测受限于使用前景回避技术的情况下是不太可能有用的。我们还发现，有潜在的工具效应严重损坏的双谱，甚至可能使双谱无用的参数估计。在更大的尺度上，发现使用GMCA的前景去除将EoR双谱恢复到合理的准确度水平（甚至优于某些配置的功率谱）。进一步的研究是必要的，以了解与前景去除的错误和/或偏见之前，21厘米的双谱可以实际应用于未来的数据分析。
2020-02-14 astro-ph.CO
Galactic Faraday rotation effect on polarization of 21 cm lines from the epoch of reionization
中性氢的红移21 cm信号是再电离期最有竞争力的探针之一。由于汤普森散射，非偏振21 cm辐射在EoR期间获得一定水平的线性偏振。这种线性偏振，如果测量，可以探测有关EoR的重要信息。本文研究了银河系法拉第旋转（FR）对21 cm辐射偏振探测的影响。由于红移21 cm信号的大波长性质，FR的影响很强，因此由21 cm光子携带的初始E模式信号被完全修改。我们表明，旋转测量（RM）数据的99%的准确度是必要的，以恢复初始E模式信号。我们的结论是，鉴于RM观测的当前状态，不可能从EoR中检索21 cm的初始偏振信号。然而，我们乐观地认为，这可能是从下一代无线电调查。
2013-07-16 astro-ph.CO
A first look at the topology of reionization redshifts in models of the Epoch of the Reionization
在EoR期间，第一批恒星和星系出现，同时产生电离气泡，最终将在z=6附近渗透。这些电离气泡和渗滤过程现在受到了大量的审查，因为HI气体的观测将在未来十年内进行，例如SKA射电望远镜。EoR的研究是在半解析和完全数值的宇宙学模拟上进行的，以研究例如过程的拓扑结构。我们通过电离源的辐射影响下的区域分析EoR模型的拓扑结构。它们与再电离红移（zreion）场的峰值补丁相关联，我们测量它们的一般属性（例如数量，大小，形状，取向）。我们的目标是获得对再电离过程的几何形状以及它与物质分布的关系的见解。我们还评估了如何可以使用这样的测量来量化的物理参数的再电离模型或完全数值模拟和半解析模型之间的差异的影响。我们使用的DisPerSE框架（适用于莫尔斯理论和持久的同源性）对不同的EoR方案，通过气体密度和zreion地图。我们发现，我们可以区分EoR模型与不同的来源，使用简单的分析的数量，形状和大小分布的峰值补丁。对于每一个模型，我们统计表明，他们是相当长的，并与气体细丝对齐。我们简要地强调，可以遵循渗流过程研究zreion字段具有不同的持久性阈值。我们表明，完全数值的EMMA模拟可以在这个拓扑框架一致的21厘米FAST模型，只要源分布是足够的扩散。
2021-11-23 astro-ph.CO
Extending the Epoch of Reionization window with apt Foreground and Instrument modeling
可以看出，21厘米时期的再电离实验，预计有平滑的光谱依赖性的前景，是占主导地位的傅立叶空间的楔形区域称为前景楔。将21 cm再电离时期（EoR）信号与更大的前景分量分离的一种可能方法是关注傅立叶空间的剩余部分，称为EoR窗口。事实上，在傅立叶空间中存在三个不同的区域，（i）前景楔形部分，（ii）位于地平线楔形之外的EoR窗口区域，以及（iii）地平线楔形和视场楔形之间的区域。本文提出了两个问题：（1）两个楔形之间的信号是否也是EoR亮温起伏的直接表征？（2）在前景远大于信号的情况下，如何从该区域提取宇宙学信息？第一个问题的答案是肯定的，作为基线和延迟的函数的亮度波动与所考虑的情况下的EoR亮度温度波动在百分之几内相同。其次，由于不可忽略的旁瓣，中间区域不是无前景的。但是，如果对前景和仪器进行精确建模，则可以从该区域提取信号。由于所有三个分量，宇宙信号，前景和热噪声都是在同一个空间中计算的，因此建议的分析可能更简单。
2019-11-12 astro-ph.CO
Probing the intergalactic medium during the Epoch of Reionization using 21-cm signal power spectra
该研究利用数值模拟和八参数模型，从21厘米信号功率谱中提取星系际介质电离状态信息，不依赖源模型，可有效约束再电离场景。
2024-04-17 astro-ph.CO
Skew spectrum and smoothed skewness of 21-cm signals from epoch of reionization
本文利用半数值模拟研究了再电离时期21厘米信号的偏斜谱和平滑偏斜度，发现其演化特征与双谱相似且对模型敏感，并以SKA1-low为参考证实其信噪比显著高于双谱。
2023-05-11 astro-ph.CO
Constraining the epoch of reionization with the variance statistic: simulations of the LOFAR case
几个实验正在进行中，以检测宇宙红移21厘米的信号，从中性氢的再电离时代（EoR）。由于其非常低的信噪比，这些观测旨在通过测量其功率谱来统计检测信号。我们调查的信号方差的提取作为第一步，对检测和约束的全球历史的EoR。信号方差是信号功率谱的积分，并且期望以高显著性来测量。我们证明了这一点，通过模拟和参数估计管道开发的低频阵列（LOFAR）-EoR实验的结果。我们表明，LOFAR应该能够检测到的EoR在600小时的整合使用方差统计。此外，假设参数化，再电离的红移（$z_r$）和持续时间（$Δz$）可以被约束。我们使用$z_r = 7.68$和$Δz = 0.43$的EoR模拟来测试流水线。假设系统误差可以得到充分控制，我们能够检测具有4个标准偏差的显著性的模拟信号，并在600小时内提取EoR参数作为$z_r = 7.72^{+0.37}_{-0.18}$和$Δz = 0.53^{+0.12}_{-0.23}$。我们进一步表明，EoR参数的检测和约束的意义，可以提高通过互相关连续的红移箱测量信号的互方差。
2014-06-16 astro-ph.CO
CII and HI 21-cm line intensity mapping from the EoR: Impact of the light-cone effect on auto and cross-power spectra
CII线强度成像（LIM）是探测再电离时代早期星系的一种潜在技术。CONCERTO、TIME、CCAT-p等几项实验正在进行中，以绘制来自EoR的CII LIM信号波动，使我们能够估计CII功率谱和CII $\times$ 21 cm互功率谱。由于信号从其起源到观察者的有限传播时间，观察到的LIM信号将沿着视线（LoS）嵌入其中。我们已经研究了这种所谓的光锥效应对我们从EoR半数值模拟的CII信号的观测统计数据的影响。使用一套模拟的CII和中性氢21厘米图和相应的光锥盒，我们已经表明，光锥效应可以影响CII功率谱超过15%，在大尺度（$k\sim 0.1\, \text{Mpc}^{-1}$，在$z=6.8$）。我们还观察到，光锥效应对CII功率谱的影响在这里考虑的红移范围内（$7.2 \lesssim z \lesssim 6$）随着红移的减小而下降。CII $\times$ 21 cm互功率谱也受到光锥的影响，在$z=6$之前再电离结束的模型中，我们发现对互功率的最大影响可达20%.在$z=6.4$中，我们发现光锥效应随交叉功率的再电离历史的变化比较明显。更快的再电离历史对交叉功率有更剧烈的光锥效应。我们的结论是，我们需要纳入光锥，以正确地模拟信号，约束EoR相关的天体物理参数和再电离的历史，使用CII $\times$ 21厘米交叉功率谱。
2021-08-11 astro-ph.CO
The effect of peculiar velocities on the epoch of reionization (EoR) 21-cm signal
我们已经使用半数值模拟的再电离研究的EoR 21厘米信号的功率谱在红移空间中的行为。我们考虑了两种再电离模型，一种是均匀复合（HR），另一种是非均匀复合（IR）。我们从模拟数据中估计了HI功率谱在红移空间的可观测量--四极矩和四极矩。我们发现，功率谱（$P^s_2 /P^s_0$）的四极矩和双极矩之间的比率的大小和性质可以是一个可能的探针的时代的再电离。我们观察到，这个比例在大尺度上为负的$x_{HI} \leq 0.7$不考虑再电离模型，这是一个直接的签名，在大尺度上的由内而外的再电离。这是可能的定性解释的物质分布的波动和波动的中性分数，具有功率谱和互相关$P_{ΔΔ}(k)$，$P_{xx}(k)$和$P_{Δx}(k)$分别的模拟结果。我们发现，在大尺度下，物质密度和中性分数的波动是完全反相关的通过再电离的所有阶段。这提供了一个简单的图片，我们能够定性地解释的行为的红移空间功率谱在大尺度上与不同的$x_{HI}$完全在只有两个数量，即$x_{HI}$和比例$P_{xx}/P_{ΔΔ}$。$P_{Δx}$的性质在中等和小尺度的HR和IR情景中变得不同。我们进一步发现，这是可能的，以区分由内而外和由外向内的再电离的情况下，从中间长度尺度的比率$P^s_2 /P^s_0$的性质。
2013-06-21 astro-ph.CO
Expected constraints on models of the epoch of reionization with the variance and skewness in redshifted 21cm-line fluctuations
星系际介质中性氢的红移21厘米线信号是再电离期的直接探测。在本文中，我们调查的潜在的方差和偏度的概率分布函数的21厘米亮度温度的约束EoR模型。这些统计量很简单，很容易从观测到的可见度计算，因此适合于正在进行的望远镜如默奇森宽场阵列（MWA）和低频阵列（LOFAR）对EoR的早期探索。我们表明，通过执行Fisher分析，在$z=7-9$的方差和偏度是互补的，彼此约束的EoR模型参数，如最低维里温度的光晕主机发光物体，电离效率和平均自由程的电离光子在IGM。在量化上，约束能力高度依赖于前景减法和校准的质量。我们给出了一个最佳情况下的参数的约束估计，忽略系统的热噪声以外。
2016-05-10 astro-ph.CO
Modeling the Radio Foreground for detection of CMB spectral distortions from Cosmic Dawn and Epoch of Reionization
在宇宙黎明和再电离过程中，宇宙重子的演化导致了宇宙微波背景（CMB）的21厘米光谱红移畸变。这些编码信息的性质和时间的第一个来源超过红移30 - 6，并出现在米波长作为一个微小的CMB失真随着银河系和河外无线电天空，这是数量级更明亮。因此，检测需要精确的方法来建模前景。我们提出了一种使用最大平滑（MS）函数的前景拟合方法。我们证明了MS函数的有用性，传统上使用的多项式来分离前景的再电离时代（EoR）信号。我们还研究了使用GMOSS，无线电天空的物理动机模型的合理前景的频谱复杂性的水平，并发现它们确实是平滑的，可以通过MS功能建模到足以辨别EoR信号的香草模型的水平。我们表明，MS功能的损失抵抗和鲁棒性保留EoR信号强度和转折点的残差。最后，我们证明，在使用一个良好的校准光谱辐射计和建模前景与MS功能，全球EoR信号可以检测与贝叶斯方法与90%的置信度在10分钟的积分。
2017-05-03 astro-ph.CO
Primordial non-Gaussianity from the 21 cm Power Spectrum during the Epoch of Reionization
原初非高斯性是暴胀宇宙学的一个关键检验。我们认为，在再电离的时代，从21厘米发射的电离功率谱的非高斯性的影响。我们专注于大尺度上的功率谱在7到8的红移，并探讨当前和下一代21厘米实验的局部非高斯参数f_NL的预期约束。我们表明，如SKA和MWA实验可以测量10阶的f_NL值。这可以通过一个数量级的快速傅里叶变换望远镜，如Omniscope。
2011-09-04 astro-ph.CO
Probing the Epoch of Reionization with Low Frequency Arrays
再电离时代（EoR）是宇宙中氢在“黑暗时代”之后重新出现的时代。这是宇宙中氢所经历的两个主要相变中的第二个，第一个阶段是氢在红移约1100处变成中性的复合时代。EoR发生在z = 10附近，可能是由第一个辐射发射天体物理源引起的，因此它对我们理解宇宙何时以及如何“决定”开始形成天体物理对象以及如何影响宇宙中随后的结构形成至关重要。因此，EoR与宇宙学中的许多基本问题有关，星系形成，类星体和非常贫金属的恒星;所有这些都是现代天体物理学中最重要的研究问题。红移的21 cm超精细谱线被广泛认为是详细研究EoR的最有前途的探针。在不久的将来，一些低频射电望远镜（LOFAR、MWA、GMRT和SKA）将能够观测到来自高红移宇宙的21厘米辐射。在本文中，我提出了我们目前的电离过程的图片，审查21厘米线物理和讨论的挑战，目前的一代实验预计将面临的。最后，我讨论了SKA在探索EoR和宇宙的黑暗时代的潜力。
2010-02-13 astro-ph.CO
The Evolving Power Spectrum for the light cone Epoch of Reionization (EoR) 21-cm signal
本文提出演化功率谱（ePS）以解决光锥效应导致传统三维功率谱无法完整描述再电离纪元21厘米信号两点统计量的问题，并通过模拟分析其多极矩与再电离历史的关系。
2025-03-27 astro-ph.CO
The clustering of Lyman alpha emitters at z=7: implications for reionization and host halo masses
高红移星系的Ly $α$线已经成为早期星系演化和再电离时代（EoR）的有力探测器。受斯巴鲁超级超级凸轮（HSC）即将进行的宽视场调查的启发，我们研究了窄带选择的角关联函数（ACF），$z\approx7$ Ly $α$发射星系（LAEs）。LAEs的聚集由两个因素决定：（i）它们典型的宿主晕质量$\bar{M}_{\rm h}$;（ii）由于斑片状EoR的吸收，其特征在于星系际介质的平均中性分数$\bar{x}_{\rm HI}$。我们通过探索物理EoR模型中固有的Ly $α$发射和宇宙电离补丁的大尺度模式（即形态学）的极端情况，将允许的LAE ACF括起来。与EoR形态无关，当前的$z\approx 7$ ACF测量限制了$\bar{x}_{\rm HI}\lesssim 0.5$（1- $σ$）。我们还发现，目前观测到的ACF的低值意味着LAE由相对较小的暗物质晕托管：$\bar{M}_{\rm h} \lesssim 10^{10} M_{\odot}$，相应的占空比$\lesssim$为百分之几。这些值比颜色选择的Lyman break星系的类似值低一个数量级以上，这表明$z\approx 7$窄带LAEs搜索优先选择年轻的恒星爆发星系，存在于质量较小的光环中即将到来的HSC超深战役将显著改善对EoR和LAE主机晕的限制。
2015-09-09 astro-ph.CO
Joint estimation of the Epoch of Reionization power spectrum and foregrounds
红移的21厘米辐射亮度温度涨落的功率谱是再电离期（EoR）的有力探测器。然而，明亮的前景发射提出了一个显着的障碍，其无偏恢复干涉数据。我们建立在Sims等人2016年介绍的贝叶斯功率谱估计方法的基础上，并证明了将前景光谱结构的先验知识纳入数据模型的大光谱尺度分量中，可以显着改善前景的建模，而不会增加模型的复杂性。我们探讨了两个天体物理动机的大光谱尺度模型参数化：（i）一个常数加幂律模型的形式$q_{0}+q_{1}(ν/ν_{0})^{b_{1}}$的两个值的$b_{1}$：$b_{1} = <β>_\mathrm{GDSE}$和$b_{1} = <β>_\mathrm{EGS}$，银河系扩散同步辐射和河外源前景发射的平均光谱指数，分别，和（ii）一个常数加双幂律模型的形式$q_{0}+q_{1}(ν/ν_{0})^{b_{1}}+q_{2}(ν/ν_{0})^{b_{2}}$与$b_{1} = <β>_\mathrm{GDSE}$和$b_{2} = <β>_\mathrm{EGS}$。我们估计的EoR功率谱从模拟干涉数据组成的EoR信号，银河系的扩散同步辐射，河外源和扩散自由自由发射从银河系。我们表明，通过联合估计的EoR信号的模型与常数加双幂律参数化的大光谱尺度模型，无偏估计的EoR功率谱是可恢复的所有空间尺度上访问的数据集，包括在大的空间尺度上被发现被污染的早期工作。
2019-07-04 astro-ph.CO
Redshifted 21-cm Bispectrum I: Impact of the Redshift Space Distortions on the Signal from the Epoch of Reionization
双谱可以量化的非高斯性存在于红移的21厘米信号产生的中性氢（HI）在再电离（EoR）的时代。出于这一动机，我们进行了全面的研究EoR 21厘米双谱模拟信号。给出了一个再电离模型，证明了$k$空间中所有唯一三角形的双谱的行为。为了便于识别的独特的三角形，我们参数化的$k$ -三角形空间的两个参数，即三角形的两个臂（$n=k_2/k_1$）和它们之间的角度（$\cosθ$）的余弦的比率。此外，第一次，我们量化的影响的红移空间失真（RSD）的球平均EoR 21厘米双谱在整个独特的三角形空间。我们发现，实空间信号双谱的小和中间$k_1$ -三角形（$k_1 \leq 0.6 \,{\rm Mpc^{-1}}$）是负的，在大多数的唯一的三角形空间。对于压缩、拉伸和线性$k_1$ -三角形，特别是对于较大的$k_1$值（$k_1 \geq 0.6 \,{\rm Mpc^{-1}}$），它取正号。RSD显著影响双谱的符号和幅度。对于小的和中等的$k_1$ -三角形，在整个EoR期间，它通过$50-100\%$改变（增加/减少）双谱的幅度，而不改变其符号（大部分）。对于较大的$k_1$ -三角形，RSD对幅值的影响为$100-200\%$，并且还将符号从负翻转为正。我们的结论是，重要的是要考虑到RSD的影响，一个正确的解释EoR 21厘米双谱。
2020-10-10 astro-ph.CO
A New Boundary Condition on Reionization
Ben-Gurion University of the Negev（内盖夫本-古里安大学）；The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）
本文提出了一种基于21厘米亮度温度图与星形成追踪线强度图之间皮尔逊交叉相关系数的新方法，用于确定再电离时期的起始点，并通过预测信号饱和后的急剧下降来提供再电离早期阶段的证据，从而为再电离起始点提供新的锚点并限制氢离子化分数的上限。
2026-06-04 astro-ph.CO
Contamination of the Epoch of Reionization power spectrum in the presence of foregrounds
我们构建前景模拟包括空间相关的河外和弥漫的银河系的发射组件和计算的“内在”（无仪器）的二维空间功率谱和圆柱形和球形平均的三维k-空间功率谱的时代的再电离（EoR）和我们的前景模拟使用贝叶斯功率谱估计框架。这导致我们确定一个模型相关的区域的最佳信号估计为我们的前景和EoR模型，在EoR信号相对于前景的空间功率最大化。我们确定了一个目标字段相关的区域，在k空间中，在低k_perp和k_parallel的固有前景功率谱污染和过渡到一个相对前景自由的固有EoR窗口在该区域的补充。k空间的污染区域表明，同时估计EoR和前景对于获得EoR功率谱的统计稳健估计是重要的;从忽略其协方差的方法中将获得有偏结果。使用模拟观测与频率相关的紫外线覆盖和主波束，与前者来自HERA在37天线和331天线配置，我们恢复仪器功率谱与其内在的对应。我们讨论了这些结果的影响，最佳策略的无偏估计的EoR功率谱。
2016-07-26 astro-ph.CO astro-ph.IM
Quantifying Excess Power from Radio Frequency Interference in Epoch of Reionization Measurements
我们量化的影响，射频干扰（RFI）测量的21厘米功率谱在再电离时代（EoR）。具体来说，我们研究了RFI源发射的频率结构如何在高阶波模式中产生污染，这比平滑频谱前景源更成问题。使用一个相对乐观的EoR模型，我们发现，即使是一个单一的相对暗淡的RFI源可以压倒模式$0.1 \text{ }h\text{ Mpc}^{-1} < k < 2 \text{ }h\text{ Mpc}^{-1}$的$\sim10\text{ mK}^2$的EoR功率谱信号。如果最终功率谱积分中的总表观RFI通量密度保持在1 mJy以下，则在没有其他系统性污染物且误差容限高达10%的情况下，对于模式$k < 0.9\text{ }h\text{ Mpc}^{-1}$，应该可以检测到类似于该乐观模型的EoR信号。更悲观的模型将更具限制性。这些结果强调了用于搜索EoR的望远镜需要高效的RFI缓解策略。
2020-08-11 astro-ph.CO astro-ph.IM
The Kinetic Sunyaev-Zel'dovich effect as a probe of the physics of cosmic reionization: the effect of self-regulated reionization
本文计算了再电离时期由动力学Sunyaev-Zel'dovich（kSZ）效应引起的宇宙微波背景（CMB）温度涨落的角功率谱。我们使用详细的N体+辐射转移模拟遵循星系际介质（IGM）的非均匀再电离。我们首次考虑了再电离的“自我调节”：如果低质量矮星系（10^8 M_ \sun \lesssim M \lesssim 10^9 M_ \sun）或小晕（10^5 M_ \sun \lesssim M \lesssim 10^8 M_ \sun）在已经电离或莱曼-维尔纳离解的区域中形成，那么这些晕就会受到抑制。以前的一些工作表明，从EOR的kSZ功率谱的幅度可以描述由一个两个参数的家庭：半电离的时代和再电离的持续时间。然而，我们认为，这张照片只适用于简单形式的再电离的历史，大致对称的半电离时代。在自我调节的再电离中，宇宙很早就开始电离，在较长的时间内保持低电离水平，然后一旦高质量的原子冷却晕占主导地位就完成再电离。虽然包含自调节仅适度地影响kSZ功率谱的幅度（\sim 10%），但它可以将再电离的持续时间改变两倍以上。我们的结论是，简单的双参数家庭不捕获的物理效果，但复杂的，再电离的历史所造成的自我调节。当添加到后再电离kSZ的贡献，我们的预测总kSZ功率谱低于目前的上限从南极望远镜。因此，从EOR的kSZ效应的当前上限是一致的，与我们的理解的物理再电离。
2013-01-16 astro-ph.CO
HI tomographic imaging of the Cosmic Dawn and Epoch of Reionization with SKA
我们提供了一个概述的21厘米断层扫描的宇宙黎明和时代的再电离尽可能与SKA-Low。我们展示了为什么断层扫描是必不可少的研究CD/EoR和目前的规模，可以在不同的频率为SKA-低的不同阶段成像。接下来，我们将讨论分析层析成像数据的不同方法。最后，我们概述了只能通过断层扫描来回答的科学问题，从单个物体的特征到理解CD/EoR期间塑造宇宙的全球过程
2015-01-17 astro-ph.CO
The GMRT-EoR Experiment: A new upper limit on the neutral hydrogen power spectrum at z~8.6
我们提出了一个新的上限的21厘米功率谱的再电离时期（EoR），约束再电离模型与未加热的IGM。GMRT-EoR实验是对21 cm中性氢在红移z~9处发射的功率谱进行统计探测的一项正在进行的工作。来自这种红移的数据限制了EoR的模型，EoR是黑暗时代的结束，因为第一个明亮的紫外线源，可能是恒星或小型类星体。我们从2007年12月在印度的巨型米波射电望远镜大约50小时的观测结果。我们描述了射频干扰（RFI）定位方案，该方案允许地面上的亮源被识别和物理去除，除了自动标记。奇异值分解用于通过识别具有大特征值的地面源来去除剩余的宽带RFI。使用分段线性滤波器对前景进行建模，并且使用前景减去图像的互相关来测量功率谱。
2010-12-15 astro-ph.CO
Reionization and galaxy inference from the high-redshift Lyα forest
Lyman-α（Lyα）在遥远类星体光谱中的透射率取决于星系际介质（IGM）的密度、温度和电离状态。因此，高红移（z > 5）的Lyα森林对于研究再电离时代（EoR）的后期阶段以及驱动它的源的性质可能是非常宝贵的。事实上，高质量的类星体光谱现在已经确定了z > 5时大尺度不透明度波动的存在，其物理起源仍然存在争议。在这里，我们介绍了一个贝叶斯框架，能够约束EoR和星系的属性，通过前向建模的高z Lyα森林。利用星系和CMB观测的先验信息，我们证明了EoR的最终重叠阶段（当>95%的体积被电离时）应该发生在z < 5.6时，以再现森林光谱中看到的大尺度不透明度波动。然而，它是斑片状再电离和不均匀的紫外背景的组合，产生最长的冈恩-彼得森槽。Lyα森林观测收紧了对星系特征电离逃逸分数的现有限制，综合观测结果表明f_{\rm esc} \approx为7^4_3%，不利于星系晕（或恒星）质量的强烈演化。
2021-01-22 astro-ph.CO
Primordial Non-Gaussianity and Reionization
原始扰动的统计性质包含了关于这些波动起源的线索。虽然普朗克合作最近从宇宙微波背景测量中获得了对原始非高斯性的严格限制，但仍然值得挖掘即将到来的数据集，以努力设置独立或竞争性限制。在再电离时期，在红移z~6-20处形成的电离泡是由原初超密度产生的，因此，高红移处电离场的统计与原初场的统计有关。在这里，我们模拟再电离场的原始非高斯效应。的时代和持续时间的再电离的影响是电离气泡的大小，但这些变化是退化的电离源和周围星系际介质的属性的变化。一个更有希望的签名是电离场的空间波动的功率谱，这可能是即将到来的21厘米调查探测。这与大尺度下的1/k^2相关性是一致的，这是物质场的有偏示踪剂的特征。我们预测如何以及即将到来的21厘米观测将能够解开这个信号从前景污染。虽然前景清洗不可避免地消除了大规模的模式，最受影响的原始非高斯，我们发现，原始非高斯可以从前景污染的长度尺度范围很窄。在原则上，未来的红移21厘米的调查可能会允许与普朗克竞争的限制。
2013-04-30 astro-ph.CO
O-V-S-Z and friends: Non-Gaussianity from inhomogeneous reionization
计算了非均匀再电离引起的宇宙微波背景（CMB）双谱。我们计算了共形牛顿规范在所有尺度上对双谱有贡献的一阶项的乘积。我们还正确地占的物质密度和初始条件之间的去相关使用微扰理论到三阶。我们发现，双谱是本地类型的预期。对于一个合理的再电离模型，宇宙完全电离，红移为z_{ri} ~ 8，到末次散射面的光学厚度为τ_0=0.087，探测CMB温度双谱的信噪比为S/N ~ 0.1，原始非高斯性估计的混乱为f_{NL} ~-0.1。对于z_{ri} ~ 12.5，τ_0=0.14的极端模型，我们得到S/N ~ 0.5和f_{NL} ~-0.2。
2010-02-24 astro-ph.CO
Impact of dark matter models on the EoR 21-cm signal bispectrum
暗物质的性质决定了第一个坍缩晕形成的时间轴，从而影响了再电离的来源。在这里，我们考虑两种不同的暗物质模型：冷暗物质（CDM）和热暖暗物质（WDM），并研究它们如何影响再电离时代（EoR）及其21厘米观测。使用一套模拟，我们发现，在WDM的情况下，在小尺度上的结构形成得到抑制，导致在一个较小的数量的低质量的暗物质晕相比，CDM的情况。假设源产生电离光子的效率保持不变，这会导致在任何给定的宇宙时间产生的总电离光子数量减少，从而延迟再电离过程。我们还发现视觉差异的中性氢（HI）的拓扑结构和21厘米的地图相比，CDM的WDM的情况下。然而，在21厘米功率谱的差异，在相同的中性分数，被发现是小的。因此，我们专注于EoR 21-cm信号中的非高斯性，通过其双谱进行量化。我们发现，21厘米双谱（驱动的HI拓扑结构）是显着不同的WDM模型相比，CDM，即使是相同的质量平均中性馏分。这表明21厘米双谱是区分不同暗物质模型的一种独特而有前途的方法，并可用于在未来的EoR观测中约束暗物质的性质。
2020-06-13 astro-ph.CO
Primordial Non-Gaussianity Estimation using 21 cm Tomography from the Epoch of Reionization
测量由宇宙暴胀理论预测的小的原始非高斯性（PNG）可能有助于诊断它们。PNG的可探测性，其印记的21厘米功率谱从时代的再电离重新评估这里的$f_{NL}$，本地非线性参数。我们发现，一个最佳的，多频观测SKA可以实现$Δf_{NL} \sim 3$（最近普朗克CMB限制），而宇宙方差限制阵列的这种大小，如Omniscope甚至可以检测到$Δf_{NL} \sim 0.2$。这大大修改了以前工作的方法和结果。
2013-10-24 astro-ph.CO
Epoch of Reionization Power Spectrum Limits from Murchison Widefield Array Data Targeted at EoR1 Field
目前，在再电离时期测量中性氢21厘米功率谱的尝试受到系统学的限制，系统学产生的测量上限高于热噪声和预期的宇宙学信号。这些系统学产生于观测、仪器和分析效应的结合。为了进一步理解和减轻这些影响，探索现有数据集的不同方面是有益的。其中一个方面是观测场的选择。迄今为止，MWA EoR观测主要集中在EoR 0字段。在这项工作中，我们提出了一个新的详细分析EoR 1字段。EoR 1区域是南方射电天空中最冷的区域之一，但包含非常明亮的射电星系Fornax-A。在干涉仪的主光束中存在这种明亮的扩展光源使得EoR 1的校准和分析特别具有挑战性。我们证明了最近开发的shapelet模型的Fornax-A在改善这一领域的结果的有效性。我们还描述和应用了一系列的数据质量指标，识别和删除系统污染的数据。通过大幅改进的源模型、升级的分析算法和增强的数据质量指标，我们基于对2015年和2014年期间在红移6.5、6.8和7.1处观测到的最佳$\sim$ 14小时数据的分析来确定EoR功率谱上限，其中最低$2σ$上限在$k=0.13~\mathrm{h~ Mpc^{-1}}$处的$Δ^2 \leq (73.78 ~\mathrm{mK)^2}$的z=6.5处，改进了以前的EoR 1测量结果。
2021-10-07 astro-ph.CO astro-ph.IM
The monopole and quadrupole moments of the Epoch of Reionization (EoR) 21-cm bispectrum
本文通过EoR模拟研究21厘米双谱的单极矩和四极矩，发现其符号变化标志着中性氢分布从电离泡出现到HI岛形成的拓扑转变。
2023-10-24 astro-ph.CO
Measuring the EoR Power Spectrum Without Measuring the EoR Power Spectrum
宇宙的大尺度结构将很快在再电离时期（EoR）的高红移处通过线强度测绘得到测量。一些正在进行的和计划中的调查正在使用21厘米线追踪EoR期间星系间介质（IGM）中的中性氢波动。这些可能与单独的努力相结合，以测量来自银河系的大尺度发射波动，如[CII]，CO，H- $α$和Ly- $α$在同一时期。每条谱线的大尺度功率谱编码了关于再电离的重要信息，21 cm功率谱提供了电离历史的相对直接的示踪剂。在这里，我们表明，大规模的21厘米功率谱可以提取仅使用21厘米波动和两个单独的线强度映射数据立方体之间的交叉功率谱。该技术比通常的21 cm自功率谱测量对残余前景更鲁棒，因此可以帮助验证自谱检测。我们用数值模拟的准确性，这种方法的特点，发现大规模的21厘米功率谱可以推断的精度在5%以内的大部分EoR，达到0.6%的精度在$\left< x_i \right> = 0.36$（$z = 8.34$在我们的模型）的规模上的$k\sim0.1\,\text{Mpc}^{-1}$。从两条线扩展到$N$附加线将提供对大尺度21 cm功率谱的$N(N-1)/2$交叉检查。这项工作强烈激励冗余线强度映射调查探测相同的宇宙体积。
2019-02-25 astro-ph.CO
Unbiased constraints on reionization model parameters in presence of the foreground wedge
将再电离时期中性氢（HI）的红移21 cm信号与更大的天体物理前景分开的一种可能方法是将分析限制在傅立叶空间中的楔形区域。前景被限制在这个楔形，因为它们的平滑的光谱特性，这使得人们可以估计HI功率谱的前景自由的部分，称为再电离窗口。然而，由于信号中的视线各向异性，窗口中的球平均功率谱的估计与真实值不同。对于给定的再电离模型，可以通过根据勒让德多项式扩展功率谱来估计和考虑该差异。这个校正后的功率谱，称为聚类楔形，然后可以用于比较模型预测与观测。在这项工作中，我们仔细检查，胺是否聚类楔形是适当的，这样的模型比较，他们是否提供真正的无偏约束的EoR参数。我们使用的半数值模拟，再加上MCMC为基础的统计方法，为我们的分析。我们发现，聚类楔形不仅产生忠实的约束，统计参数值的不确定性也是可比的使用数据，而不存在任何前景。我们还发现，聚类楔有助于打破不同的EoR模型参数之间的退化。
2018-06-22 astro-ph.CO
Influence of sources with a spectral peak in the detection of Cosmic Dawn and Epoch of Reionization
该研究针对具有谱峰的射电源可能破坏低频光谱平滑性、影响宇宙黎明与再电离时期信号探测的问题，通过交叉匹配星表识别出4423个谱峰源，经模拟验证其对信号提取的影响可忽略。
2024-01-31 astro-ph.CO
21CMMC: an MCMC analysis tool enabling astrophysical parameter studies of the cosmic 21 cm signal
我们介绍21 CMMC：一个并行化的蒙特卡罗马尔可夫链分析工具，结合了再电离（EoR）的时间的数值模拟21 CMFAST。21 CMMC估计天体物理参数约束从21厘米EoR实验，容纳各种EoR模型，以及先验模型参数和再电离历史。为了说明它的效用，我们考虑两种不同的EoR方案，一个是一个单一的人口的星系（与质量无关的电离效率）和第二个，更一般的模型与两个不同的，反馈调节的人口（每个与质量相关的电离效率）。作为一个例子，结合三个观察（z=8，9和10）的21厘米功率谱与保守的噪声估计和均匀的模型先验，我们发现，干涉仪的规格，如低频阵列/氢时代的再电离阵列（HERA）/平方公里阵列1（SKA 1）可以约束共同的再电离参数：电离效率（或类似的逃逸分数），电离光子的平均自由程和恒星形成晕的最低维里温度的对数在45.3/22.0/16.7以内，33.5/18.4/17.8和6.3/3.3/2.4%，~ $1σ$分数不确定度。相反，如果我们乐观地假设，我们可以完美地描述EoR建模的不确定性，我们可以改善这些约束的一个因素~几。同样，对于HERA和SKA 1，平均中性分数的分数不确定性可被限制在$\lesssim10$ %以内。通过研究由此产生的对天体物理约束的影响，21 CMMC可用于优化（i）干涉仪设计;（ii）前景清理算法;（iii）观测策略;（iv）表征21 cm信号的替代统计数据;以及（…
2015-03-30 astro-ph.CO
Improving constraints on the reionization parameters using 21-cm bispectrum
无线电干涉测量实验的目的是通过测量21厘米信号的统计数据，主要是功率谱来约束再电离模型参数。然而，再电离时期（EoR）21厘米信号是高度非高斯的，这种非高斯性编码了关于这个时代的重要信息。双谱是能够捕获这种固有的非高斯性的最低阶统计量。在这里，我们是第一个证明，双谱的大和中等长度尺度和所有独特的$k$ -三角形形状提供更严格的约束的EoR参数相比，功率谱或双谱的有限数量的形状的$k$ -三角形。我们使用贝叶斯推断技术来约束EoR参数。我们还开发了一个基于人工神经网络（ANN）的仿真器，用于EoR 21厘米功率谱和双谱，我们使用它来显着加快我们的参数推理流水线。在这里，我们考虑了样本方差和系统噪声的不确定性对应于$1000$小时的SKA-Low观测估计误差的信号统计。我们发现，使用所有独特的$k$ -三角双谱提高了参数的约束的一个因素的$2-4$（取决于阶段的再电离）的约束，单独使用功率谱。
2022-03-29 astro-ph.CO astro-ph.IM
21cm-line bispectrum as method to probe Cosmic Dawn and Epoch of Reionization
红移21 cm信号是研究宇宙黎明期和再电离期星系际介质状态的有效工具。在我们之前的工作中（Shimabukuro et al 2015），我们研究了方差和偏度，以给出21 cm功率谱的清晰解释，并发现偏度是X射线加热变得有效的时期的良好指标。因此，21厘米信号的空间分布的非高斯特征有望用于研究CD和EoR中的天体物理效应。在本文中，为了更详细地研究这种非高斯特征，我们专注于21厘米信号的双谱。21 cm亮温双谱可能是由于Wouthysen-Field（WF）效应、X射线加热和再电离等多种天体物理效应引起的非高斯性而产生的。我们研究了21厘米双谱的各种性质，如尺度依赖性、形状依赖性和红移演化。并研究了21 cm双谱各分量的贡献。我们发现，各分量的贡献具有典型的尺度依赖特征，在未来的实验中，我们可以利用21 cm双谱，结合功率谱和偏度，获得更详细的CD和EoR中IGM的信息。
2016-04-01 astro-ph.CO
Cross-correlation of the cosmic 21-cm signal and Lyman Alpha Emitters during reionization
对宇宙21厘米信号的干涉测量将彻底改变我们对再电离时代（EoR）的理解，最终提供早期宇宙的3D地图。然而，最初的检测将是低信噪比的，受到系统学的限制。为了确认一个假定的21厘米探测，并检查21厘米数据分析管道的准确性，将其与真正的宇宙学信号进行交叉相关将非常有用。最有希望的宇宙学信号是莱曼α发射星系（LAEs）的宽视场图，预计来自斯巴鲁Hyper-Suprime Cam（HSC）超深场。在这里，我们提出了在z~7的LAE地图和低频阵列（LOFAR）和计划的平方公里阵列阶段1（SKA 1）观察到的21厘米信号之间的相关性的估计。我们采用了一种系统的方法，改变：（一）处方分配LAES主机晕;和（二）中性和电离区（即EoR形态）的大尺度结构。我们发现，LAE-21 cm互相关对（i）不敏感，因此使其成为EoR的鲁棒探测器。在R~3-10 Mpc尺度上，使用LAE-21 cm交叉关联函数，用LOFAR进行1000小时的观测，就足以在大于1个标准差的情况下区分完全电离的宇宙和平均中性分数为xHI~0.50的宇宙。与LOFAR不同，其LAE-21 cm互相关的检测受到噪声的限制，SKA 1主要受到忽略EoR形态的限制。然而，计划中的100小时宽场SKA 1-Low调查将足以区分电离宇宙与xHI~0.25的宇宙，即使是最悲观的假设。
2016-02-15 astro-ph.CO
Impact of the Epoch of Reionization sources on the 21-cm bispectrum
本文通过模拟不同再电离源模型，计算21厘米双谱并分析特定$k$-三角形构型，证明其能有效区分由内向外、由外向内等不同再电离形态，从而约束电离光子源性质。
2024-09-06 astro-ph.CO
Reionization and CMB non-Gaussianity
我们展示了如何互相关的高红移外部示踪领域，如21厘米中性氢分布和产品涉及宇宙微波背景（CMB）的温度和极化领域的地图，探针混合双谱涉及这些领域，可以帮助确定宇宙的再电离历史，超越可以实现互谱分析。从最近的原始非高斯检测研究（Munshi & Heavens 2010）中获得线索，我们开发了一组估计器，可以使用与双谱（或斜谱）相关的功率谱来研究再电离。我们使用这种方法中固有的匹配滤波来研究不同的再电离历史。我们检查到什么程度，他们可以用来排除各种型号的再电离和研究交叉污染从不同的来源，如CMB的透镜。估计器可以被微调以优化特定再电离历史的研究。在我们的研究中，我们考虑了三种不同类型的示踪剂，即：原星系;中性氢的21厘米地图;类星体。我们还考虑了四种可供选择的再电离模型。我们发现，在宇宙方差受限的全天实验中，在$\ell_{max}=2000$上探测的累积信噪比（S/N）可以达到$\mathcal{O}(70)$。结合普朗克实验的100 GHz、143 GHz和217 GHz通道，我们发现（S/N）在$\mathcal{O}(5)-\mathcal{O}(35)$范围内。S/N取决于示踪剂场的具体选择，多个示踪剂可以有效地用于绘制具有合理S/N的整个再电离历史。弱透镜的污染被调查，发现是可以忽略不计的，和汤姆逊散射的影响斑片状再电离也被认为是。
2014-06-04 astro-ph.CO
Calibration Requirements for Detecting the 21 cm Epoch of Reionization Power Spectrum and Implications for the SKA
21厘米再电离时期的观测有望改变我们对星系形成的理解，但如果没有前所未有的仪器校准水平，这些观测是不可能的。我们提出了一个完整的EoR功率谱分析的端到端的模拟，包括一个真正的数据处理管道的所有主要组成部分：天体物理前景和EoR信号的模型，频率依赖的仪器效应，天空为基础的天线校准，和完整的PS分析。这项研究表明，传统的基于天空的每频率天线校准只能在EoR测量分析中实现，如果校准模型是不切实际的准确。为了合理的目录完整性水平，校准在其他前景自由功率谱模式中引入污染，排除PS测量。我们探讨这种污染的起源和潜在的缓解技术。我们发现，有一个很强的联合约束的校准目录和天线的固有频谱平滑度的精度，这对SKA和其他未来的EoR天文台的仪器设计具有重要意义。
2016-06-07 astro-ph.CO astro-ph.IM
The impact of non-Gaussianity on the Epoch of Reionization parameter forecast using 21-cm power spectrum measurements
再电离时期（EoR）21厘米信号的测量保持了约束再电离模型的潜力。本文考虑了一个具有三个天体物理参数的再电离模型：（1）能容纳电离源的最小晕质量$M_{\rm min}$，（2）晕内每个重子逃逸到IGM的电离光子数$N_{\rm ion}$，（3）IGM内电离光子的平均自由程$R_{\rm mfp}$。我们预测的准确性，这些参数可以从未来的观测21厘米功率谱（PS）使用即将到来的SKA-Low。不像几个早期的作品，我们占的非高斯性的固有EoR 21厘米信号。仅考虑宇宙方差，并假设前景被完全删除，我们发现，非高斯性增加了$1 σ$误差椭球的体积的参数的$133$的一个因素，相对于高斯预测，方向也是不同的。当排除前景楔形内的所有$\mathbf{k}$模式时，对于$1024$和$10000$小时的观测时间，误差椭球体的体积比分别为$1.65$和$2.67$。在排除前景楔形的情况下，对于$1024$小时，1D边缘化误差为$(ΔM_{\rm min}/M_{\rm min},ΔN_{\rm ion}/N_{\rm ion},ΔR_{\rm mfp}/R_{\rm mfp})=(6.54, 2.71, 7.75) \times 10^{-2}$，其分别为大于相应高斯预测的$2 \%$、$5 \%$和$23 \%$。非高斯性的影响随着观测时间的延长而增加，这对$R_{\rm mfp}$尤其重要…
2020-08-14 astro-ph.CO
Reionization Parameter Inference from 3D Minkowski Functionals of the 21 cm Signals
本研究探究利用21 cm亮温度场的Minkowski泛函约束再电离参数，发现SKA-Low的MF测量可区分再电离模型、给出无偏参数估计，联合功率谱可将约束精度提升最高30%，为未来21 cm观测数据分析提供了新工具。
2024-09-17 astro-ph.CO
The LOFAR EoR Data Model: (I) Effects of Noise and Instrumental Corruptions on the 21-cm Reionization Signal-Extraction Strategy
许多实验被设置为测量来自再电离时期（EoR）的中性氢的21-cm信号。这些实验的共同点是所产生的大量数据集，这些数据集受到各种仪器效应、电离层扭曲、射频干扰以及强烈的银河系和河外前景的污染。在本文中，在一个系列的第一，我们提出的数据模型，这将是信号分析的基础上的LOFAR（低频阵列）EoR的关键科学项目（LOFAR EoR KSP）。使用这个数据模型，我们模拟现实的可见性数据集在一个很宽的频带，适当地考虑到所有目前已知的仪器腐败（如方向相关的增益，复杂的增益，偏振效应，噪声等）。然后，我们将主要校准误差应用于统计意义上的数据，假设校准误差是随机高斯变量，其水平与我们目前基于LOFAR核心站1观测的知识一致。我们的目的是演示干涉测量的系统性如何影响校准数据的质量，误差如何相互关联和传播，以及从长远来看，这将如何导致新的校准策略。我们目前的结果，这些模拟和反演过程和提取程序。我们还讨论了一些一般性质的一致性矩阵和琼斯形式主义，可能证明有用的解决孔径合成阵列的校准问题。我们的结论是，即使在现实的噪声和仪器误差的存在下，统计签名的EoR信号可以检测到LOFAR相对较小的误差。我们的数据模型和更复杂的仪器模型的统计特性的详细研究将在未来考虑。
2009-01-21 astro-ph.CO astro-ph.IM
Reionization and Cosmology with 21 cm Fluctuations
通过红移21厘米线测量中性氢的空间分布有望彻底改变我们对再电离时代和第一个星系的认识，并可能为从红移1<z<4观测宇宙学提供一个强大的新工具。在这篇综述中，我们讨论了最近的进展，我们的理论理解的时代的再电离（EoR），应用21厘米断层扫描宇宙学和测量的暗能量状态方程后再电离，仪器和观测技术共享的21厘米EoR和后再电离宇宙学机器。我们特别强调第一代21厘米波动仪器的预期信号和观测能力。
2009-10-16 astro-ph.CO astro-ph.IM
Power spectrum extraction for redshifted 21-cm epoch of reionization experiments: the LOFAR case
低频阵列再电离时期项目的目标之一是测量来自再电离时期的红移21厘米辐射强度变化的功率谱。可以估计该功率谱的灵敏度取决于热噪声和样本方差的水平，并且还取决于由提取过程（特别是由减去前景污染）引起的系统误差。我们模拟提取过程中使用现实的模拟宇宙学信号，前景和噪声，因此估计的灵敏度的LOFAR EoR实验的红移21厘米功率谱。用一个台站波束在360小时的观测之内应能探测到来自EoR的发射。更长时间的积分，并在主（瓦片）光束内合成多个站光束，然后使我们能够在更大的尺度和红移范围内逐步提取更准确的功率估计。我们讨论了不同的观测策略之间的妥协，观测深度，天空覆盖和频率覆盖。一个计划，其中较低的频率接收更大的一部分时间似乎是有希望的。我们还研究了前景拟合误差在推断功率谱上引起的偏差的性质，并讨论了如何减少和校正这种偏差。角功率谱和视线功率谱在这方面有不同的优点，我们建议在分析LOFAR数据时分别考虑它们。
2010-03-04 astro-ph.CO
COMAP Early Science: VII. Prospects for CO Intensity Mapping at Reionization
我们介绍COMAP-EoR，下一代的一氧化碳映射阵列项目，旨在扩展CO强度映射到再电离时代。COMAP-EoR通过两个额外的30 GHz仪器和一个新的16 GHz接收器补充了现有的30 GHz COMAP Pathfinder。这种频率的组合将能够在再电离红移（$z\sim5-8$）处同时映射CO（1- 0）和CO（2- 1），此外还显著提高了Pathfinder的$z\sim3$灵敏度。我们研究了一组现有的模型的EoR CO信号，并发现功率谱跨越几个数量级，突出了我们对这一时期的宇宙历史和COMAP-EoR测量值的极端无知。我们进行了迄今为止最详细的强度映射互相关预测，发现我们考虑的6个模型中有5个模型产生了COMAP-EoR的信噪比（S/N）$\gtrsim20$，最亮的达到了400以上的S/N。我们表明，对于这些模型，COMAP-EoR可以从$z\sim2-8$中详细测量宇宙分子气体的历史，以及探测由这些模型预测的传统调查无法检测到的微弱的恒星形成星系的人口。我们表明，对于单一的模型，不预测许多微弱的发射器，COMAP-EoR型测量需要排除它们的存在。我们简要探讨了第三代扩展再电离阵列（COMAP-ERA）的前景，它能够探测最微弱的模型，并以极其详细的方式表征最明亮的信号。
2021-11-12 astro-ph.CO astro-ph.GA
Sensitivity for 21cm Bispectrum from Epoch of Reionization
21厘米线亮温带来了关于再电离时代（EoR）和高$z$宇宙（宇宙黎明和黑暗时代）的丰富信息。虽然功率谱是统计地研究EoR信号的有用工具，但是高阶统计（诸如双谱）也是有价值的，因为预期EoR信号是高度非高斯的。本文通过推广功率谱\cite{2006ApJ...653..815M}的形式，发展了一种计算望远镜阵列热噪声双谱的形式。我们应用我们的形式主义正在进行和未来的望远镜，如扩大默奇森宽场阵列（MWA），低频阵列（LOFAR）和平方公里阵列（SKA）。我们发现，扩展MWA没有足够的灵敏度来检测双谱信号。另一方面，LOFAR具有更好的灵敏度，并将能够检测到的双谱的峰值作为红移的函数在大尺度上与共动波数$k \lesssim 0.03 {\rm Mpc}^{-1}$。SKA具有足够的灵敏度来探测更小尺度的双谱$k \lesssim 0.3 {\rm Mpc}^{-1}$和红移$z \lesssim 20$
2015-05-16 astro-ph.CO
An Improved Statistical Point-Source Foreground Model for the Epoch of Reionization
我们提出了一个复杂的统计点源前景模型的低频无线电再电离时代（EoR）实验使用21厘米中性氢发射线。出于我们对低频无线电天空的理解，我们增强了现实主义的两个模型组件相比，现有的模型：源计数分布作为通量密度和空间位置（源聚类）的函数，扩展当前的形式主义的前景协方差的21厘米EoR实验中的2D功率谱模式。前者我们推广到一个任意打破幂律，和后者的任意各向同性相关的字段。本文提出了这些扩展下的修改后的协方差的表达式，并表明，对于一个更现实的源空间分布，额外的协方差出现在EoR窗口，这是以前无法解释的。不包括该贡献可能会在最终功率谱中产生偏差并低估不确定性，从而可能导致信号的错误检测。这种影响的程度是不确定的，由于忽略物理模型参数，但我们表明，它是依赖于相对丰富的微弱的来源，大意是我们的扩展将成为未来的深调查更重要。最后，我们表明，在一些参数的选择，忽略源聚类可能会导致大规模的错误检测，由于这两个诱导的偏见和人为减少估计的测量不确定性。
2017-06-30 astro-ph.CO
Lyman Alpha Emitting Galaxies as a Probe of Reionization
再电离时代（EoR）是我们宇宙演化的一个里程碑。在EoR期间存在的恒星形成星系可能会以Lyman Alpha（Lya）线发射其辐射光度的显着部分（约5-40%）。然而，在EoR期间存在的中性星系际气体对在这个时期从星系逃逸的Lya发射是不透明的，这使得它很难被观察到。中性星系际介质（IGM）因此可能会通过抑制来自背景星系的Lya通量来揭示自己。有趣的是，现在在z >6的星系中观察到观测到的Lya通量“突然”减少。这篇评论包含了Lya辐射过程的详细总结：我描述了（i）主要的Lya发射过程，包括碰撞激发和复合（并推导出著名的因子“0.68”），和（ii）基本的辐射转移概念，包括例如部分相干散射、频率扩散、共振与机翼散射，光学厚相对于“极”光学厚（静态/流出/塌陷）介质和多相介质。在此审查之后，我推导出的Gunn-Peterson光学深度的IGM在（非均匀）再电离和后再电离的表达式。然后，我描述了为什么目前的观察似乎需要一个非常快速的演变的体积平均中性部分的氢在现实的非均匀再电离模型的背景下，并讨论在这种解释的不确定性。最后，我描述了现有的和未来的调查和仪器可以帮助减少这些不确定性，并允许我们充分利用Lya发射星系作为EoR的探测器。
2014-08-05 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Effects of Polarized Foregrounds on 21cm Epoch of Reionization Power Spectrum Measurements
在探测再电离时期（EoR）的21厘米波段高红移辐射的实验中，前景辐射的污染一直困扰着我们。污染前景的潜在重要来源可能是法拉第旋转的偏振发射，其泄漏到固有非偏振EoR信号的估计中。虽然这些前景的内在偏振可能不会有问题，但法拉第旋转引入的光谱结构可能会有问题。为了更好地理解和表征这些影响，我们提出了一个模拟的极化天空之间的120和180 MHz。我们计算单个可见度，并使用Parsons等人（2012 b）提出的延迟谱方法从可见度估计三维功率谱。使用Donald C。Backer精密阵列探测再电离时代（PAPER）作为一个例子仪器，我们显示出预期的泄漏到非偏振功率谱是几个数量级以上的预期21厘米EoR信号。
2013-06-12 astro-ph.CO astro-ph.IM
A study of fundamental limitations to statistical detection of redshifted HI from the epoch of reionization
在本文中，我们探索的第一次的相对大小的三个基本来源的不确定性，即前景污染，热噪声和样本方差检测HI功率谱的再电离时代（EoR）。我们推导出的傅立叶合成望远镜的灵敏度的限制，以检测EoR的基础上，其阵列配置和统计表示的仪器所作的图像。我们使用Murchison宽场阵列（MWA）的配置为我们的研究。使用一个统一的框架，估计信号和噪声成分的HI功率谱，我们推导出一个表达式，并估计在三维k空间中的河外点源的污染。利用微波辐射计对不同观测模式下EoR HI功率谱检测的灵敏度进行了估算。通过使用128-tile MWA在单个场上进行1000小时的观测，EoR检测是可行的（对于$k\lesssim 0.8$ Mpc $^{-1}$，S/N > 1）。带通整形和改进的EoR窗口被发现是有效的，在包含前景污染，这使得该仪器容忍成像误差。我们发现，对于一个给定的观察时间，观察许多独立的视野并不提供一个单一的现场观察时，热噪声占主导地位的其他不确定性在派生的功率谱的优势。
2013-09-07 astro-ph.CO
A Halo Model Approach to the $\rm{21\, cm}$ and $\rm{Ly}α$ Cross-correlation
我们提出了一个基于晕模型的方法来计算$\rm{21\,cm}$ HI强度波动和$\rm{Ly}α$发射体（LAE）在再电离时期（EoR）之间的互相关。暗物质晕周围的电离辐射被模拟为气泡，其大小和生长基于再电离光子的产生以及其他物理参数来确定。互相关显示出明显的负到正转变，与EoR期间星系际介质中从电离氢到中性氢的转变相关。互相关受到几种前景污染物的影响，包括对$\rm{21\,cm}$实验重要的前景无线电点源和对$\rm{Ly}α$实验重要的低$z$闯入者发射谱线，如$\rm{H}α$、OIII和OII.我们的计算表明，通过掩盖高通量的$\rm{Ly}α$测量，相关的前景污染的$\rm{21\,cm}$ - $\rm{Ly}α$互相关可以显着减少。我们预测了不同红移下$\rm{21\,cm}$ - $\rm{Ly}α$互相关的可探测性，并采用Fisher矩阵方法来估计EoR关键参数的不确定性，这些参数没有很好地受到其他再电离观测的约束。这种基于Halo模型的方法使我们能够快速探索不同$\rm{21\,cm}$和$\rm{Ly}α$实验的EoR参数空间。
2017-09-05 astro-ph.CO
