Detecting shocked intergalactic gas with X-ray and radio observations
探测大尺度结构周围受冲击的宇宙气体的热和非热发射是观测的一个挑战，也是了解温热星系际介质物理学的一个独特窗口。在这项工作中，我们提出了合成无线电和X射线调查的大型宇宙学模拟，以评估联合检测在两个频率范围内的宇宙网的机会。然后，我们提出了针对现有（LOFAR，MWA和XMM）或未来仪器（SKA-LOW和SKA-MID，ATHENA和eROSITA）的最佳观测策略。我们发现，最有希望的目标是在合并的早期阶段，在那里的合并导致快速压缩的温暖，热气体的维里区域的星系团的极端边缘。通过利用无线电波段的探测，未来的深层X射线观测将探测这种气体的发射，并帮助我们以前所未有的细节研究动态温热星系际介质中的等离子体条件。
2019-05-10 astro-ph.CO astro-ph.IM
The physics of Reionization: processes relevant for SKA observations
在再电离时期发射的21厘米信号的局部强度将由SKA映射，由中性氢的量调制。因此，了解星系际介质（IGM）的再电离过程对于预测和解释即将到来的观测至关重要。在介绍了有关再电离过程的基本物理和最有意义的量之后，我们将回顾我们对原始星系中电离光子的产生和逃逸以及它们在IGM特别是所谓的minihalos和Lyman极限系统中的吸收的理解的最新进展。
2015-01-19 astro-ph.CO
Faraday Rotation Measure due to the Intergalactic Magnetic Field II: the Cosmological Contribution
利用宇宙大尺度结构中基于湍流发电机的星系际磁场（IGMF）模型，研究了从宇宙网到宇宙学距离的星系际磁场引起的法拉第旋转测度（RM）.通过将IGMF和气体密度数据叠加到红移$z=5$，并考虑测量RM的偏振背景射电源的红移分布，我们模拟了RM的天空图。星系团的贡献从地图中减去，基于几个不同的X射线亮度和温度标准。我们的调查结果如下。不同红移的射电源的RM分布表明，均方根值随红移的增加而增加，对于$z \ga 1$，RM达到饱和。饱和值为RM $_{\rm rms} \approx$几个${\rm rad m^{-2}}$。$|{\rm RM}|$的概率分布函数服从对数正态分布。功率谱在$\sim 1 - 0.1^\circ$的角标度上具有宽平台，在$\sim 0.15^\circ$附近具有峰。二阶结构函数在$\ga 0.2^\circ$的角分离中具有平坦的轮廓。我们的研究结果可以为调查提供有用的见解，以探索IGMF与平方公里阵列（SKA）和即将推出的SKA探路者。
2011-07-01 astro-ph.CO
Magnetic fields in nearby galaxies: prospects with future radio telescopes
宇宙中磁场的起源是天体物理学和基础物理学中的一个悬而未决的问题。我们目前的知识仅限于强磁场区域和星系的恒星形成盘。以低频发射的低能电子遭受的能量损失较少，并且可以进一步传播到星系际介质中。前景有三方面：首先，LOFAR将绘制星系和银河系外部区域和晕圈中弱磁场的结构。偏振辐射是过去与其他星系和星际介质相互作用的一个很好的示踪剂。其次，需要用EVLA和SKA在高频率上进行高分辨率偏振观测，以前所未有的细节追踪星系盘和中心区域的磁场结构。SKA还可以探测到来自遥远的、无法分辨的星系的偏振辐射。第三，法拉第旋转测量（RM）是由发电机机制产生的规则磁场的签名。对偏振背景源的法拉第旋转测量的全天巡天将用于模拟银河系、星系的星际介质和星系间介质中规则磁场的结构和强度。这将开启宇宙磁场观测的新纪元。为低频天线阵、计划中的平方公里天线阵和澳大利亚平方公里天线阵开拓者望远镜组织了关于宇宙磁性的"关键科学"项目。
2009-09-01 astro-ph.CO
Fast Transients at Cosmological Distances with the SKA
脉冲射电爆发是在宇宙学距离上都可以探测到的，它构成了对电离的银河系间介质（IGM）、银河系间磁场和时空本身性质的极其强大的探测。他们的色散测量（DM）将使我们能够检测到“失踪”的重子在低红移宇宙，并作出平均星系晕轮廓，星系形成和反馈模型中的一个关键参数的第一次测量。脉冲爆发在红移超过2时可以作为宇宙的标尺，并在红移超过Ia型超新星容易达到的范围时限制暗能量状态方程参数$w(z)$。这两个目标都可以通过一个$\sim 10^4$快速射电暴（FRB）样本来实现，这些样本的位置被定位在一角秒之内，足以通过光学跟踪获得宿主星系的红移。它也假设，引力波事件可能会发出相干发射频率探测SKA 1-LOW，和宇宙学距离的本地化，这样的事件将使他们能够使用宇宙学标准警报器。为了进行这项科学研究，必须将这种爆发定位到它们特定的宿主星系，以便获得它们的红移，并与它们的色散测量，旋转测量和散射特性进行比较。SKA的设计可以实现这一点，它具有宽视场，其收集面积的很大一部分处于紧凑的配置中（80%在3 km半径内），并且能够将高时间分辨率仪器连接到其信号路径上。
2015-01-19 astro-ph.CO astro-ph.HE
Exploring weak magnetic fields with LOFAR and SKA
规则的磁场结构，可以从法拉第旋转措施（RM）的极化背景源在1.4 GHz的SKA观察。在较低的频率（$<250$ MHz），用低频阵列（LOFAR）对射电源进行偏振测量将允许对极小的RM进行调查，以探测和绘制晕和螺旋星系外部以及星际和星系间介质中的弱规则场。关于低频极化源的数密度，我们知之甚少。给出了350 MHz和1.4 GHz极化源的观测分布和LOFAR探测弱磁场的前景。本文讨论了用韦斯特博克综合射电望远镜（WSRT）和巨米波射电望远镜（GMRT）对极化射电源的试验观测。
2009-04-17 astro-ph.CO astro-ph.GA
Future Observations of Cosmic Magnetic Fields with the SKA and its Precursors
宇宙中磁场的起源是天体物理学和基础物理学中的一个悬而未决的问题。利用即将到来的大型射电望远镜，特别是平方公里阵列进行偏振观测，将开启观测磁场的新纪元，并应有助于了解磁场的起源。低频无线电同步辐射，将与LOFAR，MWA和SKA观测，跟踪低能宇宙射线电子，使我们能够映射在星系的外围区域和晕，在晕和遗迹的星系团和银河系中的弱磁场的结构。将用SKA及其前身ASKAP和MeerKAT观测到的更高频率（1-10 GHz）的偏振，将以前所未有的细节追踪星系盘和中心区域以及星系团遗迹中的磁场。利用ASKAP（POSSUM项目）和SKA对法拉第旋转进行全天巡天测量，测量偏振背景源的密集网格，专门用于测量居间星系、星系团和星系间细丝中的磁场，并将用于模拟银河系中磁场的总体结构和强度。“宇宙磁场”是LOFAR、ASKAP和SKA的关键科学。
2012-08-02 astro-ph.CO
Filaments of the radio cosmic web: opportunities and challenges for SKA
探测宇宙网中弥漫的气体成分仍然是一项艰巨的挑战。在这项工作中，我们研究了同步辐射从宇宙网模拟SKA 1的观测，这可以代表一个基本的探测温暖，热的星系际介质。我们研究起源于相对论电子的无线电发射周围的宇宙细丝的冲击加速，假设扩散冲击加速和（未知的）大尺度磁场的功能。如果磁场与热气体处于$\sim 10$百分比均分的水平，对应于模拟中质量最大的细丝的$\sim 0.1 μG$，那么宇宙网中大（$>10 \rm Mpc$）细丝的最亮部分的探测应该在SKA 1-LOW的范围内。在用SKA 1-LOW进行为期两年的巡天期间，这将使我们能够首次探测射电宇宙网的“冰山一角”，并使SKA成为研究大尺度结构中宇宙磁性起源的有力工具。另一方面，SKA 1-MID和SKA 1-SUR似乎不太适合在低红移（$z \leq 0.4$）的科学案例，由于缺少短基线和随之而来的缺乏与暗条相关的大尺度亮度波动的信号。在这种情况下，只有非常长的曝光时间（$\sim 1000$ hr）才能检测到SKA 1-SUR PAF波段1视野中的$\sim 1-2$灯丝。
2015-01-01 astro-ph.CO
21cm Forest with the SKA
层析成像技术和功率谱方法的另一种选择是寻找21 cm森林，即21 cm吸收特征对高Z射电大声源所造成的介入冷中性星系际介质（IGM）和崩溃的结构。尽管高z射电大声源的存在尚未得到证实，但SKA-low将是寻找此类源的首选仪器，因为预计它们的光谱比低z对应源更陡。由于最强的吸收特征来自小尺度结构（几十个物理kpc，甚至更低），21 cm森林可以探测小尺度上的HI密度功率谱，而不适合通过任何其他手段进行测量。此外，它可以是加热过程和早期宇宙热历史的独特探测器，因为信号强烈依赖于IGM温度。在这里，我们展示了SKA 1-low在红移范围z = 7.5-15的21厘米森林探测方面的作用。
2015-01-19 astro-ph.CO
Lux ex tenebris: The imprint of annihilating dark matter on the intergalactic medium during Cosmic Dawn
即将使用下一代射电望远镜（如HERA和SKA）对高度红移的21厘米线进行的测量将为探测再电离时代（EoR）、宇宙黎明和黑暗时代期间的暗物质（DM）物理提供有趣的机会。HERA已经在建设中，迫切需要彻底了解DM物理学在这些时代对星系际介质（IGM）的影响。我们提出的第一个结果的流体动力学模拟套件与$2 \times 512^3$粒子在一个$(100 \ h^{-1} \ \text{Mpc})^3$盒DM湮灭和重子冷却物理。我们专注于红移$z \sim 11$，就在我们的模拟再电离开始之前，并讨论了DM湮灭的IGM和结构形成的印记。我们发现，而结构的形成是不受热WIMP比$m_χ\gtrsim 100 \ \text{MeV}$重，加热从$\mathcal{O}$（GeV）DM粒子可能会留下一个显着的印记IGM改变21厘米的信号。低密度区域中的冷气体特别容易受到DM加热的影响。然而，我们注意到，延迟的能量沉积目前没有在我们的模拟中考虑。
2020-09-23 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Bubble mapping with the Square Kilometer Array -- I. Detecting galaxies with Euclid, JWST, WFIRST and ELT within ionized bubbles in the intergalactic medium at z>6
平方公里阵列预计将提供红移z>6的中性星系际介质的第一次层析观测，并在宇宙再电离的早期阶段确定单个电离泡的位置。在恒星形成星系提供宇宙再电离所需的大部分电离光子的情况下，人们预计第一个电离泡将集中在这些星系的超密度上。在这里，我们模拟了SKA-1应该能够在z=7-10处解析的孤立电离气泡内星系群的特性，并利用各种即将到来的近红外望远镜探索了这种结构内星系计数的前景。我们发现，对于SKA-1断层扫描范围内的气泡，气泡体积与从星系内逃逸的电离光子的数量密切相关。在星系主导的再电离的情况下，星系预计会出现在JWST和ELT的光谱检测阈值以上，即使是最小的可分辨气泡在红移z=10或以下。本文还讨论了用Euclid、WFIRST、JWST或ELT进行纯测光巡天探测这些结构中星系的前景。虽然光谱学在再电离结束时是最好的，以提供一个强大的气泡成员样本，但多波段成像可能是z~10处气泡的一个有竞争力的选择，因为在类似的红移下，预期视线闯入者的数量非常少。
2020-02-16 astro-ph.CO astro-ph.GA
Detecting the neutral IGM in filaments with the SKA
星系际介质在星系的形成和演化过程中起着重要的作用。即将到来的射电望远镜的最新发展开始开辟了第一次直接探测21厘米中性氢（HI）信号的可能性，该信号来自IGM的温暖气体。利用宇宙流体动力学EAGLE模拟方法对典型的IGM暗条信号进行了估计。假设所有灯丝的平均信号相同，预测这种信号在即将到来的平方公里阵列（SKA 1-mid）的中频阵列或未来升级到SKA 2的情况下的可探测性。信噪比（S/N）则仅取决于每个灯丝的尺寸和方向。从现有的星系调查推断的灯丝刺作为典型的真实灯丝的代理，我们发现数百个灯丝在该地区的天空访问的SKA，可以检测到。一旦SKA望远镜的各个阶段开始运作，他们自己的调查将能够找到所需的星系，以推断调查区域内更多灯丝的位置。我们发现，在120小时内，SKA 1-mid/SKA 2将检测HI发射从最强的灯丝在现场的S/N的顺序为10到$\sim$ 150这里考虑的最悲观的模型。SKA 1-mid的积分时间为几分钟，SKA 2的积分时间为几秒钟，可以检测到一些较亮的灯丝。因此，SKA 2将不仅能够检测，而且能够映射这些细丝中的大部分IGM。
2019-09-20 astro-ph.CO astro-ph.GA
Constraining VLBI-optical offsets in high redshift galaxies using strong gravitational lensing
我们提出了一个多波长分析的两个高度放大的强引力透镜星系，类B 0712 +472和类B1608+656，在红移$1.34$和$1.394$，分别使用新的VLBI和档案HST观测。我们重建的位置的无线电和光的发射与他们的不确定性，使用Monte Carlo采样。我们发现在B 0712 +472类中，光辐射和射电辐射在$2\pm5$质量（$17\pm 42$ pc，红移为1.34）内是共空间的。但是，在B1608+656类中，我们重建了一个$25\pm16$质量的光-射偏移（$214\pm137$ pc，红移为1.394），这是在如此高的红移下对活动星系核测量到的最小偏移。光谱特征表明B1608+656是一个合并后的星系，结合本文报道的光学VLBI偏移量，使B1608+656成为一个有希望的候选者高$z$偏移活动星系核。此外，VLBI观测的毫角秒角分辨率与精确的透镜模型相结合，使我们能够在空间上定位的无线电发射在$0.05$质量精度（$0.4$ pc）在CLASS B 0712 +472，和$0.009$质量精度（$0.08$ pc）在CLASS B1608+656。在高红移星系中寻找光射电偏移将因即将进行的天气学全天巡天而变得容易，包括E-ELT和SKA，它们预计将发现$\sim 10^5$强透镜星系，开启一个以高角分辨率观测大型强透镜样本的时代。
2020-03-25 astro-ph.CO astro-ph.GA
Tracing the Cosmic web across Cosmic time through SKA observations of radio galaxies
National Centre for Nuclear Research（国家核研究中心）；University of Tartu（塔尔图大学）；Assam Don Bosco University（阿萨姆唐博斯科大学）；Observatoire de Paris（巴黎天文台）；Collège de France（法兰西公学院）；PSL University（PSL大学）；Sorbonne University（索邦大学）
该研究提出利用平方公里阵列（SKA）观测射电星系，构建框架以追踪不同时期的宇宙网，探究环境等因素对射电星系演化等过程的影响。
2026-07-30 astro-ph.CO astro-ph.GA
Probing the Intergalactic Medium with Ly$\mathrmα$ and 21 cm Fluctuations
我们研究了21厘米和赖氨酸$\mathrmα$波动，以及H $\mathrmα$，同时区分银河系，弥漫和散射星系际介质（IGM）的起源赖氨酸$\mathrmα$发射。获得有关IGM状态的互相关信息，测试中性与离子化介质的情况下，不同的示踪剂在一个数值模拟设置。为了铺平道路的再电离的历史和建模的约束超出功率谱信息，我们探讨21 $\,$厘米和LY $\mathrmα$，它显示了一个特征形态和营业额之间的交叉功率信号的参数依赖关系从负到正的相关性在一对夫妇Mpc $^{-1}$的尺度。在使用不同的示踪剂的IGM的状态提取进一步的信息的概念证明中，我们演示了使用21 $\,$厘米和H $\mathrmα$互相关信号，以确定银河系和IGM发射在LY $\mathrmα$的相对强度。最后，我们显示了21 $\,$厘米和LY $\mathrmα$互相关信号的可探测性超过十年的规模在高信噪比即将到来的探测器，如SKA和建议的全天空强度测绘卫星SPHEREx和CDIM，同时还包括LY $\mathrmα$阻尼尾巴和21厘米的前景避免建模。
2017-10-17 astro-ph.CO
Exploring the Intergalactic Magnetic Field by Means of Faraday Tomography
揭示星系丝中的星系际磁场（IGMF）是现代天文学中一个非常重要而又具有挑战性的课题。为了从河外射电源的旋转测量（RM）中探测IGMF，我们需要分离由于其他来源（如源，干预星系和我们的银河系）引起的RM。在本文中，我们讨论的观测策略分离的法拉第层析成像（法拉第RM合成）。我们考虑通过银河系和宇宙网观察单个射电源，如射电星系或类星体。然后，我们将观察结果与另一个具有小角距的相邻源的观察结果进行比较。我们的模拟与简单的模型的来源表明，这将是不容易检测到RM由于IGMF的订单~ 1 rad/m/m，通过一个单一的灯丝IGMF的预期值。与此相反，我们发现，至少~10 rad/m/m的RM可以检测到SKA或其探路者/前体，如果我们实现理想的源的选择。这些结果将得到改善，如果我们将分解技术，如RMCLEAN和QU拟合。我们讨论的情况下，复杂的银河系的排放，以及与观测噪声和射频干扰的影响的战略的可行性。
2014-03-03 astro-ph.CO
Cosmic Magnetic Fields: Observations and Prospects
在0.2-10 GHz的射频下的同步辐射、其偏振和法拉第旋转是研究宇宙磁场的强度和结构的有力工具。评述了旋涡星系、棒星系和絮状星系、银河系、星系团晕和遗迹以及星系际介质的观测结果。利用即将到来的大型射电望远镜进行的偏振观测将开启观测宇宙磁场的新纪元，并将有助于了解其起源。在低频率下，LOFAR（10-250 MHz）将使我们能够绘制星系和星系团外部区域和晕圈中弱磁场的结构。正如EVLA、ASKAP、MeerKAT、APERTIF和SKA所观测到的那样，在更高频率（1-10 GHz）下的偏振将以前所未有的细节追踪附近星系盘和中心区域的磁场。对恒星法拉第旋转测量的调查将以高精度绘制银河系的磁场。利用SKA及其前身望远镜ASKAP对偏振背景源密集网格进行法拉第旋转测量的全天巡天，专门用于测量遥远的居间星系、星系团和星系间细丝中的磁场，并将用于模拟银河系中磁场的总体结构和强度。
2011-04-19 astro-ph.CO
Probing ionized bubbles around luminous sources during reionization with SKA 21-cm observations
Jadavpur University（贾达普大学）；Indian Institute of Technology Indore（印度印多尔理工学院）；The Open University of Israel（以色列开放大学）；Indian Institute of Technology Madras（印度马德拉斯理工学院）
利用SKA 21厘米观测探测再电离时期电离气泡，提出高效估计器和非参数前缀减法方法，推导SNR与气泡参数的标度关系，验证SKA1-Low对电离区域的表征可行性。
2026-01-06 astro-ph.CO
Detecting ionized bubbles around luminous sources during the reionization era using HI 21-cm signal
本文探讨了利用uGMRT和SKA1-Low的红移21厘米观测，通过匹配滤波技术探测再电离时期明亮源周围的电离气泡，并验证了其对气泡半径和中性氢分数的测量与约束能力。
2024-12-23 astro-ph.CO
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
Statistical Techniques for Detecting the Intergalactic Magnetic Field from Large Samples of Extragalactic Faraday Rotation Data
河外射电源旋转测量网格已广泛应用于宇宙磁学研究。但是，它们在探索星系细丝中的星系际磁场（IGMF）方面的潜力还不清楚，因为其他法拉第旋转介质，如射电源本身、居间星系和我们银河系的星际介质都是重要的贡献者。我们研究的统计技术，用于区分法拉第旋转的灯丝从其他来源的法拉第旋转在未来的大规模调查的无线电极化。我们考虑一个30度乘以30度的视场朝向南银河系极点，而在目前和未来的观测中检测到的源的数量不同。我们选择位于高红移的源，并且没有观察到去偏振和光学吸收系统，以便减少来自源和居间星系的RM贡献。据发现，高通滤波器可以令人满意地减少来自银河系的RM的贡献，因为这个组件的角尺度对高银河系纬度将远远大于预期的IGMF。目前的观测还没有提供足够的源密度，以便能够估计细丝的RM。然而，从拟议的方法与即将进行的调查，我们预测显着的残差RM应归因于长丝。IGMF的预测结构下降到0.1度的规模应该是可观察的SKA的数据，如果我们实现的视线不包含干预星系和RM误差小于几个rad m-2的源的选择。
2014-06-17 astro-ph.CO
Mega-parsec scale magnetic fields in low density regions in the SKA era: filaments connecting galaxy clusters and groups
星系团中磁场的存在近年来已经得到了很好的证实，它们对于理解星系团内部介质中的物理过程的重要性也得到了认可。在几十个星团中发现了晕源和遗迹源。晕和遗迹的射电功率与X射线光度之间存在很强的相关性。由于星团X射线光度和质量是相关的，射电功率和X射线光度之间的相关性可以从射电功率对星团质量的物理依赖性中推导出来，因此星团质量可能是形成这些源的关键参数。该项目的目标是研究Mpc尺度以外的非热结构的存在，并与星系团的低密度区域相关：连接丰富星系团的星系丝。我们提出了一个证据，弥漫性无线电发射星系际细丝。此外，我们提出并讨论了在星系群和微弱的X射线集群中的无线电发射的检测，以分析在低密度区域的非热性质的物理条件类似于星系丝。我们将讨论如何SKA1观测将允许调查这一主题和研究的存在下，在低密度区域的扩散射电源。这将是理解宇宙学磁场的起源和性质的基本步骤。
2015-01-02 astro-ph.CO astro-ph.GA
Foreground Characterization and Mitigation in the Observations of the CD/EoR with the SKA
本文综述了SKA观测宇宙黎明和再电离时期时，银河系同步辐射等前景的建模与抑制方法，强调SKA-Low AA*配置和SKA天文台前景挑战在提升信号恢复能力中的作用。
2026-07-07 astro-ph.CO astro-ph.IM
The detectability of strong 21 centimetre forest absorbers from the diffuse intergalactic medium in late reionisation models
在红移$z\simeq 5.3$的再电离的后期结束与观测到的Ly $α$森林传输的空间变化和Ly $α$发射星系在$z=5.5$的扩展Ly $α$吸收槽周围的赤字是一致的。在这个模型中，大的中性氢岛应该一直存在于弥漫星系际介质（IGM）中，直到$z\simeq 6$。我们使用了一种新的，混合的方法，结合高分辨率的宇宙流体动力学模拟与辐射转移预测的发病率强21厘米森林吸收光学深度$τ_{21}>10^{-2}$从弥漫IGM在这些后期再电离模型。我们包括模拟21厘米森林光谱的红移空间失真的影响，并把高度不确定的加热预再电离IGM软X射线作为一个自由参数。对于一个模型，只有适度的IGM预热，使平均气体动力学温度在弥漫IGM保持低于$T_{\rm K}\simeq 10^{2} \rm\, K$，我们发现，强21厘米森林吸收线应持续到$z=6$。对于$\sim 10$足够响亮的无线电背景源的样本，在$z\simeq 6$与SKA 1-低或可能LOFAR的21厘米森林吸收器的零检测应该提供一个信息的下限仍然在很大程度上不受约束的软X射线背景在高红移和预再电离IGM的温度。
2021-06-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
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
Exploring the Cosmic Dawn through the 21 cm Forest and High-redshift Radio Sources with the SKA
Max Planck Institute for Astrophysics（马克斯·普朗克天体物理学研究所）；Gifu Shotoku Gakuen University（岐阜女子大学）；Kobayashi Maskawa Institute, Nagoya University（名古屋大学小林益川研究所）；Northeastern University（东北大学）；Liaoning Normal University（辽宁师范大学）；University of Nevada, Las Vegas（内华达大学拉斯维加斯分校）；Yunnan University（云南大学）；Nagoya University（名古屋大学）；Institute for Fundamental Physics of the Universe（宇宙基础物理研究所）；The Institute of Statistical Mathematics（统计数学研究所）；National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences（中国科学院国家天文台）；University of Tsukuba（筑波大学）
本文综述了21厘米森林作为再电离时期中性介质探针的最新进展，包括统计可观测量的改进、射电源计数更新和深度学习方法，并展望了SKA-Low在约束早期加热、暗物质属性及基本物理方面的前景。
2026-06-24 astro-ph.CO
The Large-Scale Structure of the Universe through the SKA lenses
University of Bologna（博洛尼亚大学）；Manipal Academy of Higher Education（马尼拉高等教育学院）；University of Hamburg（汉堡大学）；MIT Art, Design and Technology University（麻省理工学院艺术、设计与技术大学）；Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所）；University of Tartu（塔尔图大学）；National Astronomical Observatory of Japan（日本国立天文台）
本文综述了宇宙网的理论、观测现状，并展望SKA如何通过探测射电辐射揭示星系际介质和重子分布。
2026-07-01 astro-ph.CO
Simulating the Impact of X-ray Heating during the Cosmic Dawn
即将到来的对再电离时代21厘米信号的观测将很快提供对这个时代的第一次直接探测。这个信号受到许多天体物理效应的影响，包括星系际气体的长距离X射线加热。在之前的宇宙黎明时代，这种加热对21厘米信号的影响特别突出，特别是在自旋温度饱和之前。我们提出了迄今为止最大体积（349\，Mpc共动=244~ $h^{-1}$ Mpc）的全数值辐射转移模拟，包括氦气和多频加热的影响，有和没有X射线源。我们发现，X射线源有助于显着的早期加热的中性星系际介质，因此，相应的21厘米的信号。与只有恒星的情况相比，包含硬的高能辐射产生了更早的从吸收到发射的延长的过渡。X射线源的存在降低了平均21厘米差亮温的绝对值。这些硬源也显着增加了21厘米的波动相比，温度饱和的共同假设。21厘米差分亮度温度功率谱最初在大尺度上增强，然后在所有尺度上降低。与冷的、未加热的星系际介质的情况相比，信号具有较低的均方根波动和增加的非高斯性，如通过21厘米概率分布函数的偏度和峰度所测量的。分辨率约为11弧分的21 cm信号的图像仍显示出远高于与SKA 1-Low深度集成的预期噪声的波动，表明X射线加热时期的直接成像是可行的。
2017-03-27 astro-ph.CO
Detecting the redshifted 21cm forest during reionization
21厘米森林--高红移射电源光谱中的HI吸收特征--可能在再电离时期提供一个独特的探测大部分中性星系际介质（IGM）的方法。我们目前的模拟21厘米的森林由于大尺度结构的再电离时代的IGM，包括处方的X射线加热和渗透的光电离气泡。我们表明，如果检测到未来的仪器，如平方公里阵列（SKA），21厘米的森林可以提供一个显着的限制IGM的热历史。通过考虑在21 cm吸收开始时信号方差的突然增加，将有助于检测。如果无线电前景和本征源谱被很好地理解，在宽带宽上的通量衰减也可以改善检测前景。我们的分析占窄吸收线的可能性，从干预密集的区域，但是，与以前的研究不同，我们的结果不依赖于它们的属性。假设X射线加热对应于当地的恒星星族，我们估计，在不到一年的观测时间内，SKA可以对$z \sim 9$的天鹅座A型源进行21厘米吸收的统计学显著检测，而不是近十年的详细森林特征的显著检测。我们讨论了由于背景源丰度和21厘米吸收信号强度的不确定性而带来的观测挑战。
2011-10-25 astro-ph.CO
Complex Faraday depth structure of Active Galactic Nuclei as revealed by broadband radio polarimetry
我们详细研究了四个明亮的（> 1 Jy），强偏振，未分辨，射电大声类星体的法拉第深度结构。澳大利亚望远镜紧凑型阵列（ATCA）被用来观察这些源与2千兆赫的瞬时带宽从1.1至3.1千兆赫。这使我们能够在光谱上解决空间未解决的无线电源的偏振结构，并通过拟合各种法拉第旋转模型的数据，我们最终证明，两个源不能描述由一个简单的旋转措施（RM）的组件从前景法拉第屏幕去极化修改。我们的研究结果具有重要的意义，使用背景河外射电源作为探测器的银河系和星系际磁离子介质，因为我们显示如何RM估计从窄带宽的观测可以给出错误的结果，在存在多个干扰法拉第组件。我们假设，额外的RM组件产生的极化结构在紧凑的内部区域的射电源本身，而不是从银河系或星系际前景地区的偏振发射。我们进一步认为，这可能有助于显着的RM研究中看到这些角度尺度上的任何RM的时间变异性。对这些源的后续高灵敏度VLBI观测将直接检验我们的预测。
2012-02-10 astro-ph.CO
Constraining High Redshift X-ray Sources with Next Generation 21 cm Power Spectrum Measurements
我们使用的Fisher矩阵形式主义和半数值模拟，以获得定量预测的约束下一代干涉仪，如氢时代的再电离阵列（HERA）和平方公里阵列（SKA）的功率谱测量，将放置在加热高红移星系际介质的X射线源的特性。通过对$z=5$和$z=25$之间的观测，我们发现，即使在前景污染的“楔形”或FM波段内无法进行测量，拟议的331个元素HERA和SKA第1阶段也能够对这些第一X射线源的光谱特性进行$\lesssim 10\%$约束。当占的自旋温度波动的功率谱振幅的增强，我们发现，可观察到的签名的再电离扩展远远超出了功率谱中的峰值通常与it.We还发现，较低的红移简并之间的签名加热和再电离物理导致的再电离参数的错误，是显着大于以前的预测。在加热时期的观测能够打破这些简并，大大改善我们的约束。由于这两个原因，在加热时期的21.cm观测也大大增强了我们对再电离的理解。
2016-04-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
Machine Learning Applied to the Reionization History of the Universe in the 21 cm Signal
再电离时代（EoR）的特点是第一个发光源和星系际介质（IGM）的低密度气体之间的丰富相互作用，来自这些来源的光子覆盖了IGM。目前，对与EoR相关的关键观测量的观测限制很少，例如再电离的中点和持续时间。虽然下一代射电干涉仪（如氢时代再电离阵列（HERA）和平方公里阵列（SKA））即将对21厘米功率谱进行的观测预计将很容易提供关于再电离中点的信息，但仅从功率谱中提取持续时间是一个更困难的命题。作为提取再电离信息的另一种方法，我们提出了卷积神经网络（CNN）的再电离图像的应用。这些图像在天空平面上是二维的，并在一系列红移值处提取，以生成“图像立方体”，这些图像立方体在质量上与HERA和SKA将在不久的将来生成的图像立方体相似。此外，我们还考虑了来自银河系的明亮前景信号对干涉仪图像立方体的影响，但不包括观测引起的噪声。我们表明，我们能够使用CNN将再电离$Δ$ z的持续时间恢复到5%以内，假设再电离的中点已经相对较好地受到约束。这些结果对于估算$τ$，即宇宙微波背景的光学厚度，具有令人兴奋的影响，它可以帮助约束其他宇宙学参数。
2019-08-05 astro-ph.CO
Optimum frequency band for radio polarisation observations
来自星际、星系团内和星系际磁场的偏振射电同步辐射受频率相关法拉第去极化的影响。最大偏振强度取决于去偏振介质的物理性质。新一代射电望远镜，如LOFAR，SKA及其前身需要广泛的频率来覆盖所有的物体。最大极化强度（PI）的最佳频率计算的情况下，去极化的磁离子介质由规则的磁场（差分法拉第旋转）或由湍流磁场（内部或外部法拉第色散），假设法拉第频谱的介质是由一个组件或该介质是湍流。明亮的星系盘、旋臂和星系团核心的偏振辐射最好在几厘米以下的波长（频率超过约10 GHz）观察到，星系和星系团的晕在分米波长附近（频率低于约2 GHz）。星系际细丝需要在米波长（频率低于300兆赫）的观测。具有极大的固有$|RM|$或RM色散的源可以用毫米波望远镜搜索。PI光谱的测量使我们能够获得平均法拉第旋转测量$|RM|$或法拉第分散源内，如螺旋星系NGC 6946的情况下所证明的。PI在低频的周期性波动是差分法拉第旋转的特征。内部和外部法拉第色散可以通过PI谱在低频处的不同斜率来区分。最佳频率附近的宽频带对于区分各种去极化效应是重要的。
2011-08-11 astro-ph.CO
Square Kilometer Array Synergies for the Epoch of Reionization and Cosmic Dawn
National Centre for Radio Astrophysics, Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究院射电天体物理国家中心）；Jadavpur University（贾达普大学）；University of Toronto（多伦多大学）；University of Cambridge（剑桥大学）；Kavli Institute for Cosmology（卡弗里宇宙学研究所）；Stockholm University（斯德哥尔摩大学）；University of Groningen（格罗宁根大学）；Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）；CNRS, Institut d'Astrophysique Spatiale（法国国家科学研究中心空间天体物理研究所）；University of Vienna（维也纳大学）；Indian Institute of Technology Indore（印度理工学院印多尔分校）；University of Catania（卡塔尼亚大学）；The University of Tokyo（东京大学）；The Open University of Israel（以色列开放大学）；Australian National University（澳大利亚国立大学）；National Astronomical Observatory of Japan（日本国立天文台）；Uppsala University（乌普萨拉大学）
综述利用其他仪器与SKA协同探测宇宙21厘米信号，通过先验信息、交叉相关和互补物理洞察来促进再电离纪元与宇宙黎明研究。
2026-07-01 astro-ph.CO astro-ph.GA
Probing large scale filaments with HI and $^3$HeII
本文探讨了中性氢和单电离同位素氦-3（$^3$ HeII）在星系际介质（IGM）中从再电离时期到本宇宙的可观测性。$^3$ HeII的超精细跃迁不像HI跃迁那样为人熟知，它具有对应于8 cm的能量分裂。它的自发衰变率也比中性氢大，而它的原始丰度要小得多。虽然这两种物质在IGM中大部分都是电离的，但在中等高密度区域中电离和复合之间的平衡使它们足够丰富，足以被观察到。我们估计了这两种超精细跃迁的发射信号，并讨论了用当前和未来的射电望远镜观测它们的前景。我们的结论是，即使在100小时的观测后，用目前的望远镜也可能观测到丝状体中的HI。另一方面，$^3$ HeII只有在相同的时间后才能用未来的望远镜（如SKA）探测到。
2014-08-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
Prospects of a statistical detection of the 21-cm forest and its potential to constrain the thermal state of the neutral IGM during reionization
本研究通过半数值模拟前向建模21厘米森林信号，结合现有及未来射电望远镜特性，分析z=6处该信号的统计探测前景及零探测对IGM热与电离状态的限制能力。
2025-01-17 astro-ph.CO
Constraining Neutrino mass using the large scale HI distribution in the Post-reionization epoch
中性星系际介质在后再电离时代，使我们能够研究宇宙结构的形成，通过观察红移21厘米信号和莱曼α森林。我们研究了通过物质功率谱中功率的抑制来测量中微子总质量的可能性。我们调查的可能性测量中微子质量通过其印记的互相关功率谱的21厘米的信号和莱曼α森林。我们认为，无线电干涉测量的21厘米的信号与SKA 1-中像射电望远镜和BOSS像莱曼α森林调查。Fisher矩阵分析表明，在基准红移z = 2.5时，平均分布在25个射电点上的10，000小时21厘米观测值，以及在1 {deg}^[2]中有30条类星体视线的莱曼-α森林巡天，使我们能够测量3.25%水平的Ω_v。平均分布在25个无线电点上的总共25，000小时的无线电干涉观测和具有\bar n = 60 { \rm deg}^{-2}的莱曼-α测量将允许在2.26%的水平上测量Ω_v。这相当于在（100 \pm 2.26）meV的精度下对\sum m_v和f_v = Ω_v/ Ω_{m}的2.49%水平上的理想测量。
2016-10-28 astro-ph.CO
