Stellar Population Effects on the Inferred Photon Density at Reionization
恒星星族与其辐射周围环境的电离通量之间的关系对星系际介质的演化有着深刻的意义。我们量化的电离通量所产生的合成恒星星族,其中包括相互作用的双星演化。我们确定,这些表明电离通量在0.05 < Z < 0.3 Z_sun时增加了60%,在近太阳金属丰度时增加了10%-20%,相对于恒星孤立演化的恒星形成种群。电离通量与1500 A连续谱和紫外光谱斜率等观测量的关系对恒星星族的年龄、恒星形成历史和初始质量函数等属性很敏感。对于一个形成1 M_sun/年^{-1}的星系,在恒星形成开始后> 1亿年观测到的,我们预测能够电离氢的光子的产生率,在Z = Z_sun时N_ion = 1.4 x 10^{53} s^{-1},在0.1 Z_sun时为3.5 x 10^{53} s^{-1},假设初始质量函数类似Salpeter。我们评估了这些问题对星系际介质电离的影响,发现已知的星系群可以将宇宙的电离状态维持到z ~ 9,假设它们的光度函数继续到M_UV =-10,在z ~ 2 - 5处对星系际介质的约束可以满足4 - 10 μ m的适度莱曼连续谱光子逃逸分数。24%,取决于假定的金属丰度。
2015-12-03 astro-ph.CO astro-ph.GA
Consistent modelling of the meta-galactic UV background and the thermal/ionization history of the intergalactic medium
最近的观测表明,氢再电离结束晚($z \simeq 6$),进行迅速。我们在这里提出了一个新的模型的元银河系的紫外线/X射线背景(UVB),这是一致的。它采用了最新的测定电离辐射率由于恒星和活动星系核,以及HI吸收柱密度分布。另一个主要的改进是对电离光子的星系际介质(IGM)不透明度的新处理,它能够始终如一地捕获从中性到电离IGM的过渡。以前的合成模型的UVB,当用于模拟,产生再电离和热的历史是不一致的假设电离发射率。通过我们的新疗法,这种差异完全得到了解决。在我们的基准模型中,星系泄漏的莱曼连续辐射$\lesssim 18\%$驱动HI再电离,而活动星系核驱动HeII再电离(分别在$z \simeq 6.2$和$2.8$完成)。由于HI和HeII再电离之间的冷却时间有限,预计后期再电离情况下IGM温度会更高。在我们的基准模型中,预测的温度与$z \lesssim 4$的观测约束一致,但与上述数据相比(有些不确定)略高。活动星系核贡献较大的模型反而受到温度数据以及HI和HeII Lyman- $α$森林不透明度测量的不利影响。我们还提出了“等效平衡”电离/加热速率,模仿我们的基准UVB模型用于模拟代码,假设电离平衡。
2018-01-15 astro-ph.CO astro-ph.GA
A Cosmic UV/X-ray Background Model Update
我们提出了一个更新的宇宙电离背景模型,从紫外线到X射线。相对于我们之前的模型(Faucher-Giguere et al. 2009),新模型提供了一个更好的匹配大量的最新的经验约束,包括:1)新的星系和活动星系核光度函数; 2)恒星光谱,包括双星; 3)模糊和清晰的活动星系核; 4)非电离紫外背景的测量;(5)测量了z~0-6的星系际HI和HeII光电离率,(6)测量了局部X射线背景,(7)改进了星系际不透明度的测量。在这个模型中,活动星系核在z<~3处占据HI电离背景,恒星形成星系在高红移处占据HI电离背景。结合z~2以上活动星系核光度函数的急剧下降,从高红移的HI Lya森林推断出HI电离率的缓慢演化需要恒星形成星系的逃逸分数随红移而增加(当包括活动星系核的贡献时,约1%的群体平均逃逸分数足以使z=3的星系际介质逃逸)。我们提供了有效的光电离和光加热率校准,以匹配普朗克2018再电离光学深度和最近的限制,从HeII Lya森林在流体动力学模拟。
2020-01-29 astro-ph.CO astro-ph.GA
z ~ 2.5 - 3 Ionizers in the GOODS-N Field
我们使用来自$Hubble$深紫外遗产调查(HDUV)的深F275 W成像和来自$HST$ /WFC 3的G280棱镜光谱,以及来自Keck/DEIMOS的新的和存档的光谱,在z ~ 2.5 - 3的GOODS-N场中搜索候选电离源。光谱识别我们的紫外选择源是99%完成的F275 W = 25.5的区域的紫外成像,我们确定6个潜在的电离星系或活动星系在z ~ 3。到目前为止,其中最亮的是z = 2.583的活动星系核,它完全主导了该区域的电离通量,在$912~ Å$处的比电离体积发射率为$ε_{912}$ = $8.3^{27}_{1.4} \times 10^{24}$ erg s $^{-1}$ Hz $^{-1}$ Mpc $^{-3}$。根据我们的光谱数据,我们发现四个候选人被污染的前景星系在z ~ 0.5 - 0.7。当$ε_{912}$ = $2.2^{7.2}_{0.4} \times 10^{23}$ erg s $^{-1}$ Hz $^{-1}$ Mpc $^{-3}$时,剩余的候选星系对电离背景的贡献远低于在z ~ 2.5 - 3处覆盖星系际介质所需的通量,这与以前的观测结果一致,即活动星系核提供了这些红移的大部分电离背景。
2018-06-22 astro-ph.GA
An Improved Treatment of Cosmological Intergalactic Medium Evolution
星系形成和再电离是现代宇宙学的两个核心问题,其建模依赖于对星系际介质(IGM)的精确跟踪。不幸的是,由于这种介质的复杂性质,控制其电离状态和温度的微分方程只是近似的。在本文中,我们改进了这些主方程。我们推导出新的表达不同的复合非均匀IGM阶段,包括所有相关的电离/重组和冷却/加热机制,考虑到流入/流出/从晕,并使用更准确的重组系数。此外,为了更好地计算方程中的源函数,我们提供了一个分析程序,用于计算电离环境中的晕质量函数,占由于其环境的电离状态的偏差。这样一个改进的处理IGM演变的一部分,一个完整的现实模型的星系形成提出的其他地方。
2015-02-16 astro-ph.CO astro-ph.GA
HST's Deep Blue: extremely deep UV imaging to reveal the contributors to reionization
Space Telescope Science Institute(太空望远镜科学研究所);Aix Marseille Université, CNRS, CNES, LAM (Laboratoire d’Astrophysique de Marseille)(艾克斯-马赛大学,法国国家科学研究中心,法国国家空间研究中心,马赛天体物理实验室);Stockholm University, Department of Astronomy and Oskar Klein Centre for Cosmoparticle Physics(斯德哥尔摩大学,天文学系与奥斯卡·克莱因宇宙粒子物理中心);Minnesota Institute for Astrophysics, School of Physics and Astronomy, University of Minnesota(明尼苏达大学物理与天文学院天体物理研究所);Institut d’Astrophysique de Paris, CNRS, Sorbonne Université(巴黎天体物理研究所,法国国家科学研究中心,索邦大学);IPAC, California Institute of Technology(加州理工学院红外处理与分析中心);Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, Universitá degli Studi di Milano-Bicocca(米兰比可卡大学“G.奥恰利尼”物理系);Department of Astronomy, University of Geneva(日内瓦大学天文学系)
本研究利用HST的WFC3/UVIS仪器对2<z<4的星系进行极深紫外成像,通过测量电离光子逃逸分数,揭示再电离时期的星系演化及其对星际介质电离的贡献。
2026-06-02 astro-ph.GA
Reionization driven by the few: the ionizing budget of galaxies at z=5-10 from JWST/NIRSpec
University of Geneva(日内瓦大学);Niels Bohr Institute, University of Copenhagen(哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所);Department of Astronomy, The University of Texas at Austin(德克萨斯大学奥斯汀分校天文学系);Universidad de Chile(智利大学)
利用JWST/NIRSpec光谱,通过栅栏模型拟合星系光谱,不分解电离光子产生效率和逃逸率,得出电离输出,结合紫外光度函数推导5<z<15的电离光子预算,发现少数强泄漏星系驱动大部分再电离。
2026-07-28 astro-ph.GA
Role of ionizing background on the non-thermal broadening inferred for the aligned absorbers
该研究通过 $z\sim0.5$ 宇宙学流体动力学模拟发现,对齐 \OVI/\HI\\ 吸收体推断的非热展宽受反馈和紫外背景共同影响,难以单独检验亚网格湍流。
2024-02-29 astro-ph.GA
Optically-Thin Spatially-Resolved Mg II Emission Maps the Escape of Ionizing Photons
早期的恒星形成星系产生了大量的电离光子。这些光子中的一小部分逃离了星系内的气体,重新照亮了整个宇宙。这个逃逸分数对于确定宇宙如何被再电离至关重要,但是中性星系际介质排除了在高红移下直接测量逃逸分数的可能性。逃逸分数的间接估计必须描述宇宙是如何被再电离的。在这里,我们提出了新的凯克宇宙网络成像空间分辨光谱的共振镁II 2800双峰从红移0.36星系,J1503+3644,与先前观察到的逃逸分数为6%。Mg II的发射具有与恒星连续谱相似的空间范围,并且每个Mg II双线都很好地拟合了单高斯。Mg II的光学厚度较薄。红色和蓝色Mg II发射线双峰的本征通量比$R = F_{2796}/F_{2803}$由原子物理学设置为2,但是Mg $^+$气体沿着视线与Mg II光学深度成比例地减小$R$。结合金属丰度,$R$估计中性气柱密度。观测到的$R$在整个星系中的范围为0.8-2.7,这意味着相对逃逸分数的空间变化系数为2。所有逸出J1503+3644的电离光子都穿过高$R$区域。我们结合Mg II的排放和尘埃衰减,以准确地估计绝对逃逸分数的10个本地莱曼连续体发射星系,并建议Mg II可以预测逃逸分数的时代内的再电离。
2020-08-17 astro-ph.GA
Effect of non-equilibrium ionization on derived physical conditions of the high-$z$ intergalactic medium
非平衡电离效应在宇宙学流体动力学模拟中很重要,但计算量很大。利用电离和温度演化程序(CITE)研究了不同类星体光谱能量分布(SED)产生的非平衡电离演化和紫外电离背景(UVB)对$2\leq z \leq 6$星系际介质(IGM)物理条件的影响。CITE产生的结果匹配以及自洽模拟更有效。与平衡模型相比,非平衡模型中的HeII再电离过程进行得更快。HeII再电离的红移强烈地依赖于类星体的SED,并且在类星体SED较平坦的UVB模型中发生得更早。在这个时期,温度-密度关系的归一化,$T_0(z)$,有一个最大值,而斜率,$γ(z)$,有一个最小值,但发生在不同的红移。$T_0$是更高的非平衡模型中使用UVB获得较平坦的类星体的SEDs。虽然我们的模型产生的观察到的中位数HeII有效的光学深度的演变和分散的平衡和非平衡的考虑,解释所观察到的累积分布,我们可能需要考虑波动的UVB。对于一个给定的UVB模型,由HI有效光学厚度($τ_{\rm eff,HI}$)导出的HI光电离率对平衡模型和非平衡模型的红移依赖性是不同的.这可能导致对源的电离发射率演化的不同要求。我们发现,在没有强大的压差平滑效应,它是可能的恢复$T_0$和$γ$实现非平衡模型从平衡模型产生的重新缩放的光加热速率,同时产生相同的$τ_{\rm eff,HI}$。
2019-09-26 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Predicament of Absorption-Dominated Reionization: Increased Demands on Ionizing Sources
当电离光子到达宇宙的每一个角落时,再电离时代结束。再电离通常被认为主要受到星系产生电离光子的速率的限制,但是最近Becker等人(2021)在$z = 6$处测量到$0.75^{+0.65}_{-0.45}$适当Mpc的电离光子平均自由程非常短,这表明在其他电离的星系际介质中剩余中性氢的吸收可能比以前预期的要大得多。在这里,我们表明,这个短的平均自由程和同时代的暗像素分数在Ly $α$森林之间的一致性需要一个累积输出的$6.1^{+11}_{-2.4}$电离光子每重子再电离的结束。这意味着电离光子预算比以前的估计有了显著的增加,大大加剧了以后对星系电离输出测量的紧张局势。在我们的模型中,将这个约束转化为星系的瞬时电离产物,我们发现$\log_{10}f_{\rm esc}ξ_{\rm ion}/\text{(erg/Hz)}^{-1} =25.02_{-0.21}^{+0.45}$在$z\sim6$。即使对早期恒星星族的电离产生效率有乐观的假设,并假设星系光度函数扩展到极暗源($M_{\text{UV}}\leq-11$),完全再电离也需要电离光子的逃逸分数超过整个星系群体的$20\%$。这比在任何较低红移的星系群中观察到的要大得多,这需要在宇宙时间的第一个十亿年后星系性质的快速演化。在现有的氢中性分数和平均自由程的观测限制下,这种紧张局势不能完全缓解。
2021-05-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
The effect of ionizing background fluctuations on the spatial correlations of high redshift Ly$α$-emitting galaxies
我们研究了变星系光电离紫外背景(UVBG)的涨落对Ly $α$发射星系团簇的可能影响,并通过调制系统周围气体的电离能级来研究。在红移$z > 5$处,即使假设星系际介质的再电离已经完成,涨落也足够大,以至于它们可以不可忽略地增强,甚至可能主导角关联函数,其尺度高达几百弧秒。虽然在$z \sim 5.7$的观测比较是统计上一致的,没有影响的UVBG波动,允许波动开放的范围内可接受的模型,包括那些相对较低的偏置因子的Ly $α$发射星系。在这种情况下,在近似的红移范围$3 < z < 7$的Ly $α$发射体的偏置因子的演变对应于一个几乎恒定的晕质量的Ly $α$发射星系的$\sim 10^{10.5}\,M_\odot$。
2022-08-08 astro-ph.CO astro-ph.GA
The source of leaking ionizing photons from Haro11 -- Clues from HST/COS spectroscopy of knots A, B and C
了解电离(莱曼连续)光子从星系逃逸对于确定星系如何在早期宇宙中促成再电离至关重要。虽然直接从高红移星系中探测莱曼连续谱是不可能的,由于星系际介质,低红移星系原则上提供了这种可能性,但需要从太空中进行观测。第一个发现莱曼连续体逃逸的星系是Haro 11,一个明亮的蓝色致密星系,z=0.02,FUSE卫星的观测显示逃逸率为3.3%。然而,FUSE光圈覆盖了整个星系,并不清楚莱曼连续体从哪里泄漏出来。在这里,我们利用HST/COS光谱在波长范围1100-1700 A的三个节点(A,B,和C)的Haro 11的研究存在的Ly- $α$发射和干预气体的性质。我们发现所有的结都有明亮的Ly- $α$发射。紫外线吸收线,起源于中性星际介质,以及线探测电离介质,被认为是延伸到蓝移速度为500公里/秒的所有三个节,表明存在流出的多相介质。我们发现,节点A和B具有大的中性气体覆盖率,使得LyC沿着这些视线逃逸是不可能的,而节点C具有低得多的覆盖率($\lesssim50$ %)。结C也具有最高的Ly- $α$逃逸分数,我们得出结论,它是在Haro 11中检测到的逃逸莱曼连续体的最可能来源。
2021-03-29 astro-ph.GA
Detection of Lyman Continuum from 3.0 < z < 3.5 Galaxies in the HETDEX Survey
关于是什么驱动了宇宙的大规模再电离,再电离是如何进行的,以及硬电离辐射如何到达星系际介质的问题仍然是开放和争论的。随着红移的增加,中性气体的数量越来越多,这严重阻碍了对这一时期的观测,因此,一个小的,但越来越多的实验是针对恒星形成星系($z\sim3$)作为代理。然而,这些研究虽然提供了精彩的细节,但时间密集,包含的目标相对较少,并且可能存在选择偏差。作为一个补充的替代方案,我们调查是否堆叠已经巨大的(和不断增长的)数量的低分辨率($Δλ/ λ= 800$)莱曼- $α$发射(LAE)星系光谱从霍比-埃伯利望远镜暗能量实验(HETDEX)可以用来测量电离光子(restframe 880- 910)逃离他们的星系主机。作为一种盲测,HETDEX避免了连续体选择星系的偏差,其计划的540平方度覆盖范围提高了大量数据的统计能力。在本文中,我们确认莱曼连续探测的可行性,仔细选择一个样本的\lyccount \高红移($z\sim$ 3)LAEs从一个子集的HETDEX观测,堆叠他们的光谱和测量$\gtrsim$ 3 $σ$检测$0.10 μ$ Jy restframe莱曼连续发射,在星系际介质中的衰减未校正,在整个样本堆栈($3.0 < z < 3.5$和$-22.0 \lesssim M_{\text{UV}} \lesssim -19.0$)。
2021-07-23 astro-ph.GA
Effect of Intergalactic Medium on the Observability of Lyman Alpha Emitters during Cosmic Reionization
本文系统地研究了银河系间介质(IGM)的不均匀性对再电离时期莱曼α发射体(LAEs)可观测性的影响。我们专注于IGM接近星系的详细电离分布和速度场的这个区域可以显着影响散射的Ly-alpha光子离开中性H原子,因为他们穿越IGM逃离星系后。我们模拟的表面亮度(SB)的地图和光谱的100多个LAEs在z=7.7所看到的观察者在z=0。为了实现这一点,我们提取的星系及其周围的IGM的源属性从宇宙学模拟的盒子大小为5-30 Mpc/h,并遵循电离和Ly-alpha辐射通过IGM使用CRASH-α耦合辐射转移。我们发现,模拟SB配置文件的扩展和它们的详细结构的影响,特别是在高中性分数的IGM的不均匀性。LAEs的可探测性和观测到的通量的分数在很大程度上取决于SB轮廓的形状和观测活动的SB阈值(SB_th)。只有超深观测(例如SB_th ~ 10^-23尔格/s/cm ^2/arcsec ^2)才能获得LAEs真实的质量-光度关系和光度函数。我们的研究结果的细节取决于Ly-alpha光子是否显着转移到更长的波长,在IGM的平均电离分数和电离源的集群的星系。这些效应可以导致Ly-alpha光子更容易逃逸,在IGM中具有更少的散射和类似于点源的集中SB轮廓。最后,我们表明,SB配置文件是陡峭的高电离分数相同的LAE样品,可以潜在地观察到从大量的LAE的堆叠配置文件。
2012-07-27 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Escape Fraction of Ionizing Photons During the Epoch of Reionization: observability with the Square Kilometre Array
电离光子的逃逸分数$f_\mathrm{esc}$是表征再电离时期的重要参数之一,它在观测和理论上都是不受约束的。最近的工作强调了星系尺度反馈对$f_\mathrm{esc}$瞬时值的影响,因此开发一个再电离自洽耦合到星系演化的模型非常重要。在这项工作中,我们提出了这样一个模型,并探讨如何物理动机的功能形式的$f_\mathrm{esc}$影响星系际介质内的电离氢的演变。使用的$21$厘米功率谱的演变,我们调查的可能性观测区分恒定的$f_\mathrm{esc}$和其他模型,依赖于不同形式的星系反馈。我们发现,改变潜在的$f_\mathrm{esc}$和星系反馈之间的联系,大大改变了大规模的$21$厘米功率。即将推出的平方公里阵列低频仪器具有在固定光学深度区分我们的模型的灵敏度,只需要$200$小时的积分时间集中在红移$z = 7.5-8.5$。将这些结果推广到不同的光学深度将需要多个$800$小时的观测跨越红移$z = 7-10$。这提供了一个令人兴奋的机会,以观测约束最难以捉摸的参数之一,在时代的再电离。
2019-07-15 astro-ph.CO astro-ph.GA
On the Contribution of Active Galactic Nuclei to the High-Redshift Metagalactic Ionizing Background
受观测到大量高红移的活动星系核的启发,最近的研究提出了活动星系核对z > 4 H I电离背景有重要贡献的模型。在某些模型中,活动星系核甚至是再电离的主要来源。如果正确的话,这些模型将对星系主导高红移电离背景的标准观点进行必要的彻底修正。有人认为活动星系核主导的模型可以更好地解释最近的两个观测结果,这两个观测结果似乎与标准观点相冲突:(1)z ~ 5.5 H I Lyman-alpha森林中的大不透明度变化,以及(2)He II Lyman-alpha森林中平均不透明度的缓慢演变。大的空间波动的电离背景的亮度和稀有的活动星系核可能占前者,而在这些模型中的早期发病的He II再电离可能占后者。在这里,我们表明,AGN的排放源>~ 50%的电离背景的模型通常提供了一个更好的拟合所观察到的H I莱曼α森林不透明度的变化相比,标准的星系主导的模型。然而,我们认为,这些活动星系核占主导地位的模型是在紧张的约束星系际介质(IGM)的热历史。在标准的假设下的活动星系核的光谱,我们表明,早期发病的He II再电离加热的IGM远高于最近的温度测量。我们进一步认为,相对于模拟的He II莱曼α森林的平均不透明度的缓慢演变可能反映了当前模拟的不足之处,而不是像已经建议的那样有利于活动星系核主导的模型。
2018-02-26 astro-ph.CO astro-ph.GA
Large Fluctuations in the High-Redshift Metagalactic Ionizing Background
最近的观察表明,在莱曼α森林的同时代的片段之间的不透明度的分散迅速增加z > 5。在本文中,我们评估大的散射是否可以解释在后再电离星系际介质中的电离背景的波动。我们发现,在z ~ 5.5处匹配所观察到的散射需要< 15 Mpc/h的短空间平均平均自由程,比在z ~ 5.2处的直接测量短> 3倍。我们认为,这种快速的演变,在平均自由程是很难调和与我们的测量的全球H I光电离率,保持近似恒定的区间z ~ 4.8 - 5.5。然而,我们还表明,在z > 5的平均自由程的测量可能偏向于更高的值的类星体邻近效应。这种偏差可以调和平均自由程的短值,这些短值是解释不透明度中的大分散所需的。我们讨论了这种情况下的宇宙再电离的影响。最后,我们调查是否其他统计应用到z > 5莱曼α森林可以揭示散射的起源。与具有均匀电离背景的模型相比,成功解释散射的模型导致在尺度k < 0.1 h/Mpc的视线通量功率谱中的功率增强。我们发现这种增强在高红移莱曼α森林的观测初步证据。
2018-02-26 astro-ph.CO astro-ph.GA
Conditions for Reionizing the Universe with A Low Galaxy Ionizing Photon Escape Fraction
我们探讨了低星系电离光子逃逸分数的星系际介质再电离的情况。我们结合基于模拟的晕质量依赖逃逸分数外推所观察到的星系休息紫外光度函数,以解决从z=20到z=4的再电离历史。我们探索关键未知量的后验分布,包括恒星形成的极限晕质量,电离光子产生效率,以及活动星系核(AGN)的潜在贡献。我们边缘化的允许参数空间使用马尔可夫链蒙特卡罗方法,找到一个解决方案,满足最独立的模型约束再电离。我们的基准模型可以匹配观测约束与平均逃逸分数<5%的整个大部分的时代的再电离,如果:i)星系形成恒星下降到原子冷却极限前再电离和光抑制质量的log再电离期间/之后(M_h/Msol)~9(-13<M_UV,lim<-11); ii)星系在更高的红移和更暗的量级上成为更有效的电离光子的生产者,以及iii)存在显著的,但次主导的,z < 7时AGN的贡献。在这个模型中,最暗的星系(M_UV>-15)的电离发射率占主导地位,导致较早的再电离开始和较平滑的电离体积填充分数的演变比模型,假设一个单一的逃逸分数在所有的红移和光度。这个模型的电离发射率与z=4-5(以及更低,外推时)的观测结果一致,与一些假设单个逃逸分数的模型相反。根据对z = 7的Lya发射体的观测和对两个z>7的类星体的阻尼翼分析,我们预测了z=7时QHII =78%(± 8%)的电离体积填充率在~1-2 σ张力范围内,这两个类星体更倾向于QHII,z=7…
2019-05-02 astro-ph.CO astro-ph.GA
The THESAN project: ionizing escape fractions of reionization-era galaxies
再电离宇宙的一个基本要求是,星系发射的电离光子中有足够的一部分成功地逃逸到星系际介质中。然而,由于高红移观测数据的缺乏,驱动再电离的来源仍然不确定。在这项工作中,我们计算电离逃逸分数($f_{\rm esc}$)的再电离时代的星系从国家的最先进的THESAN模拟,它结合了一个准确的辐射流体动力学求解器AREPO-RT与久经考验的IllustrisTNG星系形成模型,以自洽地模拟小尺度的星系物理和大尺度的再电离在整个宇宙的大片($L_{\rm box} = 95.5\,\rm cMpc$)。这使得许多大质量晕($M_{\rm halo} \gtrsim 10^{10}\,{\rm M_{\odot}}$)的形成,这在以前的研究中往往是统计上代表性不足,但被认为是重要的,以实现快速再电离。我们发现,低质量星系($M_{\rm stars} \lesssim 10^7\,{\rm M_{\odot}}$)是$z \gtrsim 7$以上的再电离的主要驱动力,而高质量星系($M_{\rm stars} \gtrsim 10^8\,{\rm M_{\odot}}$)在较低的红移占主导地位的逃逸电离光子预算。晕逃逸分数的变化降低了更高质量的晕,这可以从更稳定的银河系结构,SFR稳定性,以及每个晕内的视线分数显着贡献逃逸通量来理解。我们表明,尘埃是能够减少逃逸分数的大质量星系,但对全球$f_{\…
2023-01-31 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Lyman Continuum Escape Survey: Ionizing Radiation from [O III]-Strong Sources at a Redshift of 3.1
我们目前的结果,从连续逃逸巡天(LACES),哈勃太空望远镜(HST)的计划,旨在表征电离辐射出现从一个样本的莱曼α发射星系在红移$z\simeq 3.1$。由于许多显示强烈的[O III]发射特性的$z>6.5$恒星形成星系,他们可能代表有价值的低红移类似物的星系在再电离时代。利用HST Wide Field Camera 3 / UVIS $F336W$对Lyman连续辐射进行成像,研究了该样品中电离光子的逃逸分数。对于61个来源,其中77%的光谱确认和53个测量的[O III]发射,我们检测到莱曼连续泄漏在20%,率显着高于在个别连续选择莱曼破裂星系。我们估计有98%的概率,我们的检测$\leq 2$可能会受到前景污染。拟合多波段光谱能量分布(SED),考虑到不同的恒星星族,尘埃粒子和金属丰度,我们得到个人莱曼连续逃逸分数校正的前景星系际吸收。我们发现逃逸分数为15%至60%的个别对象,并推断出平均20%的逃逸分数拟合复合SED为我们检测到的样本。然而,令人惊讶的是,即使是没有单独的$F336W$检测的那些源的深堆叠也提供了小于0.5%的平均逃逸分数的严格上限。我们研究了各种相关性与源的属性,并讨论了流行的图片,宇宙再电离的背景下,这种紧凑的,低金属量的恒星形成星系驱动的影响。
2019-05-17 astro-ph.CO astro-ph.GA
Magnetizing the Cosmic Web during Reionization
越来越多的证据表明,宇宙片,细丝和空隙今天可能被大量磁化。然而,星系际介质(IGM)中磁场的起源目前还不确定。众所周知,对标准模型物理学的非标准扩展可以提供使整个宇宙磁化的机制。也许不太为人所知的是,物质的标准经典物理学-辐射相互作用实际上具有相同的潜力。我们讨论了一种基于非均匀IGM中硬光子和电子之间动量交换的磁生机制。在再电离时期,在电离源附近操作,这种机制能够在与电离源之间的距离相当的尺度上产生相关强度的磁种子。此外,总结所有电离源的贡献,并考虑到气体不均匀性的分布,我们表明,这种机制离开IGM,在再电离结束时,与磁化水平,可能占,当放大机制接管,在当前的宇宙网络的磁场强度。
2018-11-23 astro-ph.CO astro-ph.GA
Escape fraction of ionizing photons from high-redshift galaxies in cosmological SPH simulations
结合三维辐射转移(RT)计算和宇宙学SPH模拟,研究了z=3-6的高红移星系电离光子逃逸率(f_esc).我们的模拟覆盖了晕的质量范围M_h = 10^9 - 10^12 M_sun。我们用真实辐射转移(ART)程序对几百个模拟星系进行了后处理,研究了fesc对晕质量的依赖性。在本文中,我们仅限于从每个暗物质晕中的本地恒星星族的恒星辐射传输。我们发现,随着晕质量的增加,平均fesc急剧下降,与一个大的分散较低的质量晕。Mh ~ 10^9 Msun的低质量晕具有较大的fesc值(平均值约为0.4),而Mh ~ 10^11 Msun的大质量晕具有较小的fesc值(平均值约为0.07)。这是因为在我们的模拟中,大质量晕在气体分布中显示出更多的团块结构,恒星形成区域嵌入这些团块中,使得电离光子更难逃逸。另一方面,在低质量晕中,由于年轻星团的位置偏离了暗物质晕的中心,经常会出现高度电离气体的锥形区域,这使得电离光子比在高质量晕中更容易逃逸。通过计算逃逸电离光子的数量,我们证明了恒星形成星系可以在z=3-6时包围星系际介质。电离光子的主要贡献者是Mh < 10^10 Msun的晕,这是由于它们的高fesc。f_esc的大的分散表明,在再电离的早期阶段,即使具有相同的质量,在晕周围也可能存在不同尺寸的H{ \sc ii}气泡。我们还研究了紫外背景辐射场对fesc的影响,使用简单的,四种不同的紫外…
2010-11-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
Measuring the Mean Free Path of HI Ionizing Photons at $3.2\leq z\leq4.6$ with DESI Y1 Quasars
本研究利用DESI Y1的12,595条类星体光谱,在$3.2\leq z\leq4.6$处对HI电离光子平均自由程进行了模型无关的高精度测量,发现其红移演化较以往估计更平缓,且演化在$z\approx5$处变陡,标志着HI再电离的结束。
2025-02-17 astro-ph.CO astro-ph.GA
Tracing The Start and End of Cosmic Reionization -- Exploring The Role of Ionizing Sources as drivers
本论文利用SPICE模拟和辐射转移方法,研究宇宙再电离纪元中氢和氦的电离过程,识别电离源(恒星、X射线双星、活动星系核等)的作用,并预测氦-3超精细跃迁作为新探针,以缓解JWST亮星系张力并揭示再电离历史。
2025-10-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
The ionizing and heating power of ultraluminous X-ray sources under the geometrical beaming model
虽然现在有一个共识,X射线双星(XRB)是早期宇宙中占主导地位的X射线源,并在星系际介质(IGM)加热的时期发挥了重要作用,但最近的研究报告了相互矛盾的结果,关于它们在本地宇宙星系的星云发射的贡献。超铝X射线源(ULX)是重要的星间介质电离源,在正常星系的X射线收支中占主导地位。然而,它们在极紫外(EUV)和软X射线光谱部分的输出仍然不受观测约束。在本文中,我们预测的电离和加热功率从ULX人口的几何聚束的情况下,和三个模型描述的超临界吸积盘的排放。我们发现,我们的理论光谱的ULX人口不能(可以)解释HeII(NeV)的排放在一些星系中观察到的,与他们的贡献是不太(更)重要的基础恒星星族。ULXs数量的随机波动可能会使HeII发射的贡献相等,在一小部分星系中。我们提供了ULX人口的平均光谱作为本地和早期宇宙研究的输入。我们发现,软-X射线发射所产生的超临界吸积是显着的加热的IGM,并符合最近的约束,从21厘米的宇宙信号。基于对所采用的紧凑对象(CO)质量和吸积模型的依赖,我们鼓励通过模拟建模ULX光谱的努力,以及它们与详细的二进制人口合成模型的结合。
2022-07-19 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
The mean free path of ionizing photons at 5 < z < 6: evidence for rapid evolution near reionization
电离光子的平均自由程$λ_{\rm mfp}$是影响星系际介质光电离的关键因素。然而,在$z \gtrsim 5$,$λ_{\rm mfp}$可能足够短,以至于对类星体的测量会受到类星体邻近效应的影响。我们提出了新的直接测量的$λ_{\rm mfp}$,解决这种偏见,并扩展到$z \sim 6$的第一次。我们在$z \sim 5$的测量是基于巨型双子座GMOS巡天和新的凯克LRIS低光度类星体观测数据。在$z \sim 6$中,我们使用来自Keck ESI和VLT X-Shooter的类星体光谱。我们分别在$z = 5.1$和6.0测量了$λ_{\rm mfp} = 9.09^{+1.62}_{-1.28}$适当Mpc和$0.75^{+0.65}_{-0.45}$适当Mpc(68%置信度)。在$z = 5.1$的结果与现有的测量结果是一致的,这表明,从邻近效应的偏见是轻微的在这个红移。然而,在$z = 6.0$,我们发现忽略邻近效应会使结果偏高两倍或更多。我们在$z = 6.0$的测量值远低于从较低红移推断的值,表明$λ_{\rm mfp}$在$5 < z < 6$上的快速演化。这种演变不利于模型中,再电离结束足够早,IGM有时间完全放松流体动力学的$z = 6$,但定性与模型中,再电离完成在$z = 6$,甚至显着更晚。我们的平均自由程结果与后期再电离模型最一致,其中IGM在$z…
2021-09-15 astro-ph.CO astro-ph.GA
The redshift evolution of escape fraction of hydrogen ionizing photons from galaxies
利用我们的宇宙学辐射转移程序,我们研究了更新的类星体发射率和恒星形成历史对星系氢电离光子逃逸分数(f_esc)的影响。我们估计了在后再电离时代宇宙再电离和维持星系际介质电离态所需的fesc。在z> 5.5时,我们证明了0.14到0.22的常数f_esc足以重新定义宇宙。在z <3.5时,与各种观察结果一致,我们发现f_esc可以具有从0到0.05的值。然而,在z = 3.5至5.5之间,需要f_esc的急剧上升,至少约为3倍。这是由于在z> 3时,类星体发射率迅速下降,而在3 <z <5时,H I光电离率几乎不变。我们表明,如果我们考虑最近发现的z> 4的大量密度的微弱类星体的贡献,那么在很短的时间内f_esc急剧上升的要求可以放宽。此外,对这类星体对高z的贡献进行简单的外推表明,类星体本身就可以使宇宙重新发光。这意味着,在z> 3.5时,要么星系的性质会迅速演变以增加fesc,要么大多数低质量星系都拥有大质量黑洞并在很长一段时间内维持吸积。这些结果激发了对这些替代方案的理论预测的仔细调查,这些替代方案可以使用未来的观测来区分。此外,它也是非常重要的,重新测量的H I光电离率是至关重要的分析在这里。
2016-02-16 astro-ph.CO astro-ph.GA