The broadening of Lyman-alpha forest absorption lines
我们提供了一个分析描述的线增宽的HI吸收体在莱曼α森林多普勒展宽和金斯平滑。我们证明，我们的关系捕获的线宽列密度的依赖关系，在z~3模拟光谱中的窄线非常好。当底层密度结构更加复杂时，给定列密度下的宽线就会出现，而我们的模型无法捕捉到这种聚集。我们对谱线展宽的理解为研究星系际介质的热状态和确定吸收结构的大小开辟了新的途径。
2015-03-06 astro-ph.CO
The Effect of Interstellar Absorption on Measurements of the Baryon Acoustic Peak in the Lyman-α Forest
近年来，人们利用氢Lyman-α森林的自相关性，利用BOSS巡天的数万条类星体谱，观测到了红移2 < z < 3.5的重子声峰。然而，银河系的星际介质会将吸收线引入任何河外源的光谱中。这些谱线虽然很弱，在单一BOSS光谱中无法检测到，但可能会使宇宙学信号产生偏差。为了检验这一点，我们通过叠加超过一百万个星系和类星体的光谱来生成吸收线图。我们发现，系统介绍太小，影响目前的重子声学峰值的准确性，但可能是相关的未来调查，如暗能量光谱仪（DESI）。我们概述了一种方法来解释这与未来的数据集。
2017-08-17 astro-ph.CO
Implications of the $z>5$ Lyman-$α$ forest for the 21-cm power spectrum from the epoch of reionization
在过去的几年里，由于发现了具有$z>6$的类星体，我们对红移为$z=5$ - $6$的星系际介质的理解有了相当大的提高，这使得在这些红移处进行莱曼- $α$森林研究成为可能。由此得到的一个认识是，氢的再电离可能比以前认为的要晚得多，因此在IGM中可能存在大量的冷中性氢“岛”，其红移为$z=5$ - $6$。通过使用IGM的辐射转移模拟，我们考虑了这些中性氢岛的存在对21厘米功率谱信号的影响，以及HERA、SKA、LOFAR和MWA等实验对其的潜在探测。与以前的21厘米信号模型相比，我们发现，由于再电离的后期结束，在我们的模拟中，21厘米功率在$z=5$ - $6$的$k\sim 0.1~h/$ cMpc处继续高达$Δ^2_{21}=10~\mathrm{mK}^2$。这个功率谱的值比文献中考虑的这些红移的传统模型高几个数量级。假设前景减影是乐观的，那么HERA和SKA 1-LOW在$\sim 1000$小时内应该可以检测到21厘米功率谱的如此高的值。由于相对较低的天空温度和可能更丰富的多波长数据，这个红移范围也很有吸引力。
2021-08-18 astro-ph.CO
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
Jeans smoothing of the Ly$α$ forest absorption lines
我们调查的贡献的牛仔裤平滑的最小宽度的Ly $α$森林线，并讨论如何占这个额外的扩大影响星系际物质状态方程的推断参数。我们估计了状态方程的幂律指数$γ$、平均密度下的温度$T_0$和4个红移区间内的氢光电离率$Γ$。此外，在每个箱中，我们得到的规模参数$f_{\rm J}$，它设置的牛仔裤长度和吸收体云的特征物理尺寸之间的关系的上限。
2019-11-08 astro-ph.CO
The HeI 584 A Forest as a Diagnostic of Helium Reionization
我们讨论了使用HeI 584 A森林探测和研究HeII再电离的潜力。在星系间的HeII区域，预计会有显著的584 A吸收，而在HeIII区域的低密度气体中应该没有可检测到的吸收。与He II Ly-alpha吸收（最近研究的主题）不同，使用这种跃迁来研究He II再电离的困难不是饱和，而是吸收很弱。这种跃迁的冈恩-彼得森光学厚度为τ ~ 0.1 x_{HeII} Δ ^2 [（1+z）/5]^{9/2}，其中x_{HeII}是氦在HeII中的分数，Δ是以宇宙平均值为单位的密度。此外，HeI 584 A吸收被较低的红移HI Ly-alpha吸收污染，具有可比的通量衰减。我们估计了从低密度气体（Delta ~ 1）中确定性检测红移HeI吸收的要求，这将表明HeII再电离正在发生。我们发现，这一目标可以实现（使用同时期的HI Ly-alpha吸收来掩盖密集区域和互相关），光谱分辨率为10^4，每个分辨率元素的信噪比约为10。利用哈勃太空望远镜上的宇宙起源摄谱仪，在几个已知的z ~ 3.5类星体的视线上，这样的规格可能是可以实现的。我们还讨论了如何HeI吸收可以用来测量的硬度以上的电离背景13.6 eV。
2010-09-24 astro-ph.CO
The cross-correlation of galaxies in absorption with the Lyman $α$ forest
本文首次测量 SBLA 吸收系统与 Lyα 森林的互相关，发现其偏置和 RSD 参数与 DLA 一致，并联合两类吸收体开展星系—Lyα 森林互相关，评估其 BAO 测量价值。
2023-07-17 astro-ph.CO
An improved model for the effect of correlated Si-III absorption on the one-dimensional Lyman-$α$ forest power spectrum
The University of Nottingham（诺丁汉大学）；University of Hertfordshire（赫特福德大学）；Indian Institute of Technology Indore（印度印多尔理工学院）；Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam（波茨坦阿斯特拉夫斯研究所）
本文提出改进模型，研究相关Si III吸收对Lyα森林功率谱的影响，通过新拟合函数捕捉关键影响，并预测功率谱振幅随红移变化。
2026-01-30 astro-ph.CO
Detailed modelling of the 21-cm Forest
21厘米的森林是再电离时代的一个有希望的探测器。星系际介质（IGM）的局部状态通过在局部21厘米波长处的吸收被编码在背景源（射电噪类星体或伽马射线暴余辉）的光谱中，导致连续和波动的吸收水平。IGM中的小尺度结构（细丝和微晕）是最强吸收特征的原因。通过非均匀加热和Wouthuysen-Field耦合也可以在大尺度上调制吸收。我们提出的模拟结果，试图保持宇宙学环境，同时解决一些小尺度的结构（几个kpc分辨率在50 Mpc/h的盒子）。模拟耦合的动力学和电离辐射转移，并包括X射线和莱曼线辐射转移的详细的物理建模。因此，我们发现，软X射线自屏蔽，莱曼-α自屏蔽和冲击加热都有影响的预测值的21厘米光学深度的中等过密结构，如细丝。正确处理特殊速度也是至关重要的。对这些过程进行建模似乎是准确预测所必需的，而且只有在足够高的分辨率下才能做到。因此，基于我们的基准模型，我们估计LOFAR应该能够检测到几个（强）反射特性在几十MHz的频率范围内的20 mJy源位于z=10，而SKA将提取大部分的吸收信息相同的源。
2015-10-08 astro-ph.CO
Constraining warm dark matter power spectrum using the cross-correlation of HI 21 cm signal and the Lyman-$α$ forest
我们已经考虑了测量红移HI 21-cm信号和莱曼- $α$森林的交叉暖暗物质（WDM）功率谱的前景，从而限制WDM质量使用即将到来的无线电干涉仪-Ooty宽场阵列（OWFA）和SKA 1-mid的观测，以及类星体的光谱调查。我们已经考虑了一个类星体的调查，平均观测到的类星体数密度为$\bar{\rm n}_{\rm Q} = 48$度$^{-2}$超过14455度$^{2}$的收集区域，平均光谱信噪比= 5。我们使用OWFA进行的分析表明，可以使用$k < 0.4$ Mpc $^{-1}$和${\rm SNR} > 5$在100个不同视场中分别观察200小时，测量多个$k$ -bin中的WDM功率谱，以测量$m_{\rm WDM} = 0.25$ keV。考虑到热暗物质密度参数$Ω_{\rm WDM}$和暗能量密度参数$Ω_{\Lambda0}$联合测量的可能性，我们发现对于基准$m_{\rm WDM} = 0.25$ keV，$Ω_{\rm WDM}$参数的$1-σ$测量的相对误差为$\sim 0.8$.我们进一步发现，有可能在$\sim 7.2-σ$和$\sim 2.7-σ$的置信水平下，在$k$ -范围$0.1 \leq k \leq 3.13$ Mpc $^{-1}$的$m_{\rm WDM} = 0.15$ keV的两个不同的$k$ -仓中测量来自冷暗物质（CDM）功率谱…
2019-07-24 astro-ph.CO
Radio signals from early direct collapse black holes
我们探索的可能性，以检测连续射电信号从直接坍缩黑洞（DCBH）即将到来的射电望远镜，如SKA和ngVLA，假设形成后，他们可以在吸积阶段发射和维持强大的喷气机。我们假设高$z$的DCBH具有与观测到的射电活动星系核相似的喷流特性，然后使用喷流模型来预测它们的射电通量可探测性。如果喷流功率$P_{\rm jet}\gtrsim10^{42-43}$ erg为$^{-1}$，则可通过SKA/ngVLA检测，具体取决于喷流倾角。考虑到喷流功率与黑洞质量和自旋的关系，一般情况下，可以探测到质量为$\gtrsim10^5~M_\odot$的喷流DCBH。对于在$z=10$处的$\sim2.5\times10^{-3}$ Mpc $^{-3}$的总喷射DCBH数密度，预期约100度$^{-2}z^{-1}$ DCBH高于SKA 1-mid的检测阈值（100小时积分）。如果发射大部分无线电信号的喷流“斑点”是密集的和高度相对论性的，那么DCBH将只在SKA低波段微弱地发射，因为自同步辐射吸收（SSA）和蓝移。此外，DCBH包络中的自由-自由吸收可进一步减小SKA低频带中的信号。因此，结合SKA-low和SKA-mid观测可能提供一个潜在的工具来区分DCBH和正常的恒星形成星系。
2021-07-21 astro-ph.CO astro-ph.HE
Validation of the DESI 2024 Lyman Alpha Forest BAL Masking Strategy
针对 DESI 第一年 LyA 森林 BAO 分析，本文验证 BAL 吸收特征的基线掩蔽策略，并通过真实与合成数据表明替代方案、识别不完备性及样本差异均不会显著影响 BAO 结果。
2024-08-02 astro-ph.CO
Prospects for detecting the 21cm forest from the diffuse intergalactic medium with LOFAR
本文讨论了用射电望远镜LOFAR探测弥散IGM中21 cm森林的可行性。利用再电离的模拟，包括电离光子的详细辐射转移，导出了21厘米谱线的光学深度。我们发现，具有相似的总同动氢电离发射率但频率分布不同的再电离模型的光谱看起来非常相似。因此，除非再电离历史彼此非常不同（例如，紫外线加热与X射线加热的优势），否则我们不希望通过对21厘米森林的观测来区分它们。由于强X射线背景的存在会使21厘米线吸收的检测变得不可能，因此吸收的缺乏可以用作X射线背景的存在/强度和宇宙热历史的探测器。沿着随机视线，LOFAR可以检测到来自z>12的光谱的全局抑制，此时IGM仍然大部分是中性和冷的，与在较低红移处可见的更明确的吸收特征形成对比。沿着优先视线，在z~7处也可以检测到与稀有的高密度气体袋相关联的尖锐的强吸收特征。
2012-10-04 astro-ph.CO
Baryon Acoustic Oscillations in the Lyman Alpha Forest
我们利用流体动力学宇宙学模拟方法，在一个体积为600 Mpc ^3的星系际介质中研究了莱曼α森林（LAF）吸收探测的星系际介质中重子声学振荡（BAO）的可观测性。BAO模式的波长（~150 Mpc）和LAF吸收体的尺寸（~100 kpc）之间的大尺度分离使得这是一个数值上具有挑战性的问题。我们报告了几个2048^3模拟的LAF使用ENZO代码。我们采用WMAP 5协和宇宙学参数和包含BAO扰动的功率谱。随机生成5000个穿透盒面的合成HI吸收线光谱。我们计算了相距甚远的两个粒子对之间的交叉关联函数.我们在z=3处检测到BAO信号，其中理论预测中等统计显著性。
2009-08-06 astro-ph.CO
A Search for Oxygen in the Low-Density Lyman-alpha Forest Using the Sloan Digital Sky Survey
我们利用2167斯隆数字巡天（SDSS）类星体光谱在星系际介质（IGM）中寻找低密度氧。氧吸收是通过其与莱曼α森林吸收的相关性在逐像素的基础上检测的。我们已经开发了一种新的本地校准像素（LCP）的搜索方法，使用相邻区域的光谱校准的闯入者和光谱文物，这将限制OVI吸收的测量。尽管在中等分辨率和信噪比的光谱中寻找莱曼-α森林中的弱OVI存在挑战，但我们发现在2.7 < z < 3.2处检测到了非常显著的氧吸收（零假设的9个数据点的卡方=80）。我们解释我们的结果使用合成光谱从对数正态密度场假设混合类星体星系光致电离背景（Haardt & Madau 2001），它占主导地位的电离分数检测OVI。LCP搜索数据可以用[O/H] =-2.15_（-0.09）^（+0.07）的恒定金属丰度模型拟合，但也可以用低密度区域不富集而高密度区域具有较高金属丰度的模型拟合。Aguirre等人（2008年）的密度依赖富集模型也是可接受的拟合。我们所有成功的模型具有相似的质量加权氧丰度，对应于[<O/H>_MW] = -2.45+-0.06。这一结果可用于计算莱曼α森林中的宇宙氧密度，Omega_（Oxy，IGM）= 1.4（+-0.2 x10 ^（-6）= 3x 10 ^（-4）Omega_b。这是迄今为止对莱曼α森林中质量加权平均氧丰度和宇宙氧密度的最严格限制，表明它包含大约16%的恒星形成产生的金属…
2010-04-26 astro-ph.CO
Absorber Model: the Halo-like model for the Lyman-alpha forest
我们提出了一个半解析模型的莱曼- $α$森林的启发晕模型。该模型建立在森林吸收线分解的基础上。通量相关性被分解为每个吸收线（1-吸收体项）和单独的线（2-吸收体项）之间的那些，治疗线作为偏置示踪剂的底层物质波动。虽然光学深度和通量之间的非线性指数映射需要一个无限系列的时刻来计算任何统计，我们表明，这一系列可以恢复（截断在所需的线性物质密度）。我们专注于$z=2-3$视线功率谱。我们的模型发现，1-吸收项占主导地位的权力在所有尺度上，其大部分贡献来自HI列的$10^{14}-10^{15}\;\mathrm{cm^{-2}}$，而较小的2-吸收的贡献来自较低的列，跟踪超密度的几个。1-吸收体相关性的显著性表明，视线功率谱主要由线的数量密度和它们的吸收轮廓形成，线之间的相关性在较小程度上起作用。我们提出了直观的公式的有效光学深度以及大规模的限制1-吸收体和2-吸收体的条款，简化为积分的HI柱密度分布与不同的等效宽度的权重。最低限度的吸收系统的偏见和他们特有的速度加宽模型，我们的模型预测的密度偏差和速度梯度偏差的值是一致的模拟中发现的。
2018-04-08 astro-ph.CO
Probing the Circumgalactic Medium at High-Redshift Using Composite BOSS Spectra of Strong Lyman-alpha Forest Absorbers
我们呈现了由242，150个Lyman-alpha（Lya）森林吸收体样本构建的复合光谱，这些吸收体在红移2.4<z<3.1处，这些吸收体是在作为斯隆数字巡天III数据发布9的一部分的重子振荡光谱巡天（BOSS）的类星体光谱中确定的。我们根据138 km/s宽的箱中的通量（大约是BOSS分辨率元素的大小）来选择森林吸收体。我们将这些吸收器分成跨越通量-0.05 < F<0.45范围的五个样本。对较小样本的高分辨率光谱的测试表明，我们的三个最强吸收仓将探测环星系区域（投影分离< 300适当kpc，|Delta V| <300 km/s），对于非常高的信噪比，在大约60%的情况下。在这个子集内，削弱Lya吸收与降低环星系选择的纯度，一旦BOSS噪声被包括在内。我们较弱的两个Lya吸收样本由星系际介质主导。我们提出了这些样品的复合光谱和HI和13种金属电离物种的测量吸收特性的目录，所有这些我们都提供给社会。我们比较测量七个莱曼系转换在我们的复合光谱单线模型，并获得进一步的限制，从其相关的过剩莱曼极限不透明度。该分析提供了在14.4 <~ Log（N_HI）<~ 16.45范围内与柱密度一致的结果。我们比较我们的测量金属吸收的各种简单的单线，单相模型的初步解释。我们的研究结果意味着在环星系样品中，尺度下降到~30 pc和近太阳金属丰度的聚集，而与典型IGM密度和金属丰度一致的高电离金属吸收…
2014-03-20 astro-ph.CO
High redshift signatures in the 21 cm forest due to cosmic string wakes
宇宙弦在早期宇宙中诱导微晕的形成。在宇宙微波背景（CMB）谱的背景下，所产生的弦状小晕团被唤醒并形成“21厘米森林”。这样一个21厘米的森林可以有助于沿视线积分的红移21厘米信号的角波动。我们计算的均方根振幅的21厘米的波动，由于字符串和这些波动可以占主导地位的信号，由于原始密度波动在高红移（$z \gtrsim 10$），即使弦张力低于目前的上限，$G μ< 1.5 \times 10^{-7}$。我们的研究结果还预测，平方公里阵列（SKA）可以潜在地检测到21厘米的波动，由于字符串与$G μ\approx 7.5 \times 10^{-8}$的单频带的情况下和$4.0 \times 10^{-8}$的多频带的情况下。
2013-10-15 astro-ph.CO hep-ph
The evolution of HI and CIV quasar absorption line systems at 1.9 < z < 3.2
利用ESO VLT/UVES资料库中获得的18个高分辨率、高信噪比的类星体谱，研究了~3100个HI柱密度logN（HI）= [12.75，17.0]（1.9 < z < 3.2）的星系际HI吸收体的分布和演化。我们使用了两组Voigt轮廓拟合分析，一组包括所有可用的高阶Lyman线以获得饱和线的可靠HI柱密度，另一组仅使用Ly-alpha线。两种拟合的结果之间没有显著差异。结合我们的结果和文献数据，在0 < z < 4的平均数密度不能很好地用单一的幂律来描述，并且强烈地表明，在高和低柱密度范围内，其演化在z < 1.5处减慢。我们还将我们在1.9 < z < 3.2处的整个HI吸收体分为两个样本，未富集的森林和CIV富集的森林，这取决于HI线是否与在给定速度范围内log N（CIV）> 12.2处的CIV相关。整个HI柱密度分布函数（CDDF）可描述为这两个充分表征的群体的组合，其在log N（HI）~ 15处重叠。当log N（HI）< 15时，未富集的森林占优势，与整个森林呈相似的幂律分布。CIV富集的森林在log N（HI）> 15时占主导地位，其分布函数与N（HI）^（-1.45）成正比。然而，它开始变平在较低的N（HI），因为丰富的森林部分随着减少N（HI）。在整个HI样本的CDDF中显示的log N（HI）= [14，17]处与幂律的偏差是将两个不同HI群体与不同CD…
2013-02-26 astro-ph.CO
EDGES of the dark forest: A new absorption window into the composite dark matter and large scale structure
提出利用电磁波谱中的“暗森林”吸收特征探测复合暗物质，发现该方法对暗物质自相互作用敏感，并能解释CMB谱畸变及EDGES异常吸收。
2024-03-21 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
The C IV forest as a probe of baryon acoustic oscillations
根据最近用Lyman $α$（Ly $α$）跃迁测量类星体吸收中的重子声学振荡的成功经验，探讨了用三重电离碳（C IV）的1548 π跃迁作为示踪剂的可能性.虽然Ly-alpha森林是星系际气体的更灵敏的示踪剂，但它受到这样一个事实的限制，即它只能在红移$z > 2$的光学窗口中测量。类星体在这些高红移下的识别和观测是具有挑战性的，但是C IV森林可以探测到红移$z \approx 1.3$，充分利用类星体红移分布中的峰值，可以高效地瞄准。我探索的C IV吸收信号的强度，并表明，在红色一侧的Ly-alpha发射线的吸收人口占主导地位的C IV（因此将占主导地位的潜在的BAO信号的其他金属）。因此，我认为，即将到来的调查可能有足够的增加类星体的数量密度，以抵消较低的敏感性的C IV森林，并提供竞争力的精度使用C IV自相关和C IV类星体的互相关在$< z > \approx 1.6$。
2014-10-20 astro-ph.CO
Probing galaxy evolution through HI 21-cm emission and absorption: current status and prospects with the Square Kilometre Array
平方公里阵列（SKA）的主要科学目标之一是了解原子氢（HI）气体在整个宇宙时间的星系演化中所扮演的角色。氢原子21厘米超精细跃迁谱线是探测和研究星系中HI气体性质的最佳工具之一。在这篇文章中，我们回顾了我们目前的理解HI气体及其与星系的关系，通过观测的21厘米线的发射和吸收。此外，我们提供了一个概述的HI科学，将可能与SKA和它的前光标和探路者，即HI 21厘米发射和吸收的星系研究，从附近的高红移，将跟踪各种过程的星系演化。
2022-09-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
Application of a Bayesian Method to Absorption Spectral-Line Finding in Simulated ASKAP Data
澳大利亚SKA探路者射电望远镜的大光谱带宽和宽视场将为大型河外HI调查开辟一个全新的参数空间。在这里，我们专注于识别和参数化HI吸收线发生在视线对强无线电连续源。本文提出了一种利用多重嵌套抽样的贝叶斯蒙特卡罗算法，同时寻找和拟合射电数据中的HI吸收线的方法。该方法进行了测试模拟ASKAP数据立方体，并被证明是可靠的，在检测吸收线在低信噪比数据，而不需要平滑或改变数据。局部贝叶斯证据统计量的估计提供了一个定量标准，用于分配显着性的检测和竞争的分析线轮廓模型之间的选择。
2011-10-12 astro-ph.CO
Imprints of quasar duty cycle on the 21cm signal from the Epoch of Reionization
类星体主要通过它们的电离紫外线和X射线辐射对来自再电离时期（EoR）的21厘米信号做出贡献。然而，它们的无线电连续谱和莱曼波段发射也会调节其直接环境中的21厘米信号，可能会留下其占空比的印记。我们开发了一个模型的无线电和紫外光度函数的类星体从EoR，并限制它使用最近的观测。我们的模型与Banados等人2017年的z~7.5类星体一致，并且还预测只有少数类星体适合天空中21厘米森林观测（10 mJy）。我们展示了一个新的效果对CMB观察到的21厘米信号：无线电大声类星体可以留下的印记，其占空比的21厘米层析成像。我们将这种效应应用于宇宙学模拟，并得出结论，在SKA视场中，典型的射电大声类星体的影响很可能可以忽略不计。对于1- 10 mJy类星体，这种效应更强，但在SKA分辨率下几乎观察不到。然后我们研究了类星体的Ly-alpha到Ly-beta辐射对Wouthuisen场耦合的贡献。类星体在21厘米功率谱上的集体效应大于低k时的热噪声，尽管没有特征。然而，在SKA视野中最明亮的类星体周围的独特图案可以在断层扫描中观察到，编码其占空比的持续时间。在典型的SKA浅层勘测中，对于最亮的类星体来说，这种图案具有很高的信噪比。
2018-02-16 astro-ph.CO
Simulating the effect of high column density absorbers on the one-dimensional Lyman-alpha forest flux power spectrum
我们测量的效果，高柱密度吸收系统的中性氢（HI）的一维（1D）莱曼α森林通量功率谱使用宇宙流体动力学模拟从Illustris项目。高柱密度吸收体（我们定义为具有HI柱密度$N(\mathrm{HI}) > 1.6 \times 10^{17}\,\mathrm{atoms}\,\mathrm{cm}^{-2}$的吸收体）导致具有特征阻尼翼的加宽吸收线。这些阻尼翼通过使类星体光谱中的吸收远离吸收体本身的位置来使1D莱曼-阿尔法森林通量功率谱发生偏差。我们调查的影响，高柱密度吸收莱曼α森林使用流体动力学模拟的第一次。我们提供模板作为柱密度和红移的函数，允许灵活地精确建模残留污染，即，如果分析选择性地剪掉最大阻尼的机翼。这种灵活性将改善宇宙学参数估计，例如，允许更精确地测量功率谱的形状，并对包含大质量中微子的宇宙学模型或光谱指数的运行产生影响。我们提供拟合函数来重现这些结果，以便它们可以直接纳入数据分析管道。
2018-01-09 astro-ph.CO
Ionization bias and the ghost proximity effect near $z\gtrsim6$ quasars in the shadow of proximate absorption systems
在Ly $α$森林的不透明度中的大于预期的散射表明，在$z > 5.5$处，元银河系电离背景强烈波动。电离背景涨落的模型预测在大尺度上会有很强的正偏差，因此大质量$>10^{12}\,{\rm M}_\odot$暗物质晕的环境，例如$z\sim6$类星体宿主，将是限制电离光子源的理想实验室。虽然类星体本身应该压倒来自邻近星系的任何可能的电离光子贡献，但最近在$z\sim6$类星体的前景中发现了近阻尼Ly $α$吸收体（DLA），并且这些DLA阴影中的Ly $α$森林可以探测局部电离环境。使用GPC $^3$模拟的$z=6$电离背景波动，我们表明，虽然从电离偏置类星体宿主晕周围的Ly $α$森林信号应该是强的，它可能是抑制相关的星系际物质过密度。我们还发现，类星体本身仍然可以压倒集群信号通过“鬼”的邻近效应从类星体辐射引起的电离光子的平均自由程的大规模的偏差。这种鬼邻近效应是敏感的类星体发射的寿命和几何形状，潜在地解锁一个新的途径来约束这些基本的类星体属性。最后，我们提出了一个$z\sim6$类星体的观测与邻近的DLA显示出强烈的过剩在Ly $α$森林传输的鬼邻近效应的预测位置。
2019-04-23 astro-ph.CO
Machine Learning Techniques for Astrophysics and Cosmology: Lyman-$α$ forest
Institut de Física d’Altes Energies (IFAE), The Barcelona Institute of Science and Technology（高能物理研究所（IFAE），巴塞罗那科学与技术研究院）
本文探讨了机器学习技术在分析里曼-α森林中的应用，重点在于克服传统方法的计算和方法学限制，通过自动化特征提取、改进恒星连续谱重建、加速流体动力学模拟仿真以及开发基于模拟的分析方法，推动宇宙学研究的发展。
2026-05-21 astro-ph.CO
Reconstructing the Gravitational Lensing Potential from the Lyman-$α$ Forest
我们提出了一种从Lyman- $α$森林数据重建弱透镜势的方法。我们推导出一个最佳的估计透镜潜力的基础上在真实空间中的像素之间的相关性的天空。该方法有效地处理了不规则间隔数据、测量中的孔洞、缺失数据和非均匀噪声。我们演示了模拟光谱和弱透镜的方法的实施。它示出的源密度$>\sim 0.5$每平方弧分和$\sim 200$像素在每个光谱（$λ/ Δλ= 1300$）的透镜电位可以重建高保真度，如果在光谱像素的相对吸收是信号为主。当噪声主导每个像素中的吸收的测量时，透镜化电位中的噪声较高，但是对于合理数量的源和噪声水平以及高保真度图，透镜化电位是可获得的。该透镜估计器还可应用于宇宙微波背景（CMB）的透镜化、21 cm强度映射（IM）或任何可以精确估计源的关联函数的情况。
2020-05-08 astro-ph.CO
Overview of 21cm Experiments at high redshift with SKAO
本文概述了SKA-Low的再电离纪元与宇宙黎明实验，包括功率谱、层析成像、21厘米森林及互相关等观测计划，并强调了波束切趾、子站和多波束等关键望远镜特性。
2026-06-29 astro-ph.CO astro-ph.IM
The Lyman-alpha forest in f(R) modified gravity
在这项工作中，我们分析了Lyman- $α$森林在宇宙学流体动力学模拟的变色龙型f（R）引力的目标，以评估这种模型的影响是否是可检测的吸收线统计。我们进行了一组流体动力学模拟与宇宙学模拟程序MG-GADGET，包括恒星形成和冷却的影响，并创建合成莱曼- $α$吸收光谱的模拟输出。我们统计比较模拟与f（R）和普通的广义相对论，侧重于通量概率分布函数（PDF）和通量功率谱，列密度和线宽分布的分析，以及物质功率谱。我们发现f（R）引力对Lyman- $α$森林的影响相当小.即使是对引力有很强修正的模型，如$|\bar{f}_{R0}| = 10^{-4}$，对莱曼- $α$统计性质的改变也不会超过10%。列密度和线宽分布几乎不受影响。因此，不可能使用当前的观测数据获得背景场$f_R$的竞争约束。为了在未来实现这一点，需要对观测中的系统学有更好的理解，并对重子/辐射物理学进行更精确的建模。我们的结果中f（R）对物质功率谱的影响与以前的工作是一致的。
2014-11-10 astro-ph.CO
Identifying the first generation of radio powerful AGN in the Universe with the SKA
现代天体物理学中最具挑战性和最令人兴奋的课题之一是再电离时期的星系形成。SKA在频率范围，分辨率和灵敏度方面具有革命性的能力，将允许探索宇宙中结构形成的第一个Gyr，特别是通过检测和研究AGN现象的最早表现。目前已知的数十个类星体的红移最高（z~7），其中许多表现出强大的无线电发射，这意味着超大质量黑洞可以在很短的时间尺度上生长，并支持存在非常高的红移（z > 7）无线电大声源-迄今为止尚未被发现的来源。此类探测不仅对于了解星系演化的最早阶段至关重要，而且对于通过对HI 21厘米森林与此类背景源的观测来直接研究再电离时代的中性氢也是必要的。为了了解如何SKA和SKA 1观测可以优化，以揭示这些最早的活动星系核，我们已经研究了一个强大的和年轻的射电星系的发射热CMB的影响。通过查看SKA 1的功能，特别是在波长覆盖和分辨率方面，我们确定如何在观测上最小化射电大声源的“CMB静音”效应，以及如何识别最佳的最高红移射电候选者。考虑到不同的预测在这样的红移射电响亮AGN的空间密度，我们确定了必要的调查特性，优化检测和识别的第一代射电响亮AGN在宇宙中。
2014-12-18 astro-ph.CO astro-ph.GA
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
Where the Forest Goes Dark: Halo-centered Characterization of High Column Density Systems with IllustrisTNG
University of São Paulo（圣保罗大学）；The Barcelona Institute of Science and Technology（巴塞罗那科学技术研究所）；Columbia University（哥伦比亚大学）
本研究利用TNG50模拟，以暗晕为中心表征高柱密度系统，发现吸收类型随碰撞参数转变且与质量无关，为前向模拟莱曼α森林污染奠定基础。
2026-09-18 astro-ph.CO
Optimal 1D Ly$α$ Forest Power Spectrum Estimation -- II. KODIAQ, SQUAD & XQ-100
利用最优二次估计方法测量了Keck天文台类星体电离吸收数据库（KODIAQ）、光谱类星体吸收数据库（SQUAD）和XQ-100类星体的一维Ly $\,α$功率谱$P_\mathrm{1D}$。我们在光谱水平上结合了KODIAQ和SQUAD，但执行单独的XQ-100估计以控制其大分辨率校正。我们的最终分析措施$P_\mathrm{1D}$在规模$k<0.1\,$的$\,$公里$^{-1}$之间的红移$z=$ 2.0 - 4.6使用538个类星体。该样本提供了最大数量的高分辨率，高S/N观测值;结合最佳估计量的功效，它在小尺度下提供了卓越的精度。这些小尺度模（$k\gtrsim 0.02\,$ s $\,$ km $^{-1}$）对星系际介质的热状态和再电离历史以及暗物质的性质很敏感，但在斯隆数字巡天（SDSS）和暗能量光谱仪（DESI）的分析中却无法得到。作为一个例子，一个简单的Fisher预测分析估计，我们的结果可以提高小规模的截止灵敏度超过2倍。
2022-12-01 astro-ph.CO
Contribution of Galactic free-free emission to the foreground for EoR signal in SKA experiments
压倒性的前景污染阻碍了再电离时期（EoR）中性氢21厘米信号的准确检测。在各种前景成分中，银河系的自由-自由辐射研究较少，因此它对EoR观测的影响仍然不清楚。在这项工作中，我们采用观测到的$\rm Hα$强度图与尘埃吸收和散射的校正，Simfast 21软件，和最新的SKA 1-Low布局配置来模拟SKA“观测到的”银河系自由发射和EoR信号的图像。通过计算模拟图像立方体的一维功率谱，我们发现银河系的自由-自由辐射在$116$-$124$、$146$-$154$和$186$-$194$ ${\rm MHz}$频带中的$0.1~\rm Mpc^{-1} < k < 2~\rm Mpc^{-1}$尺度上比EoR信号大约高出$10^{3.5}$-$10^{2.0}$、$10^{3.0}$-$10^{1.3}$和$10^{2.5}$-$10^{1.0}$倍。我们进一步分析了适当定义的EoR窗口内的二维功率谱，发现泄漏的银河系自由-自由辐射仍然可以造成不可忽略的污染，因为其功率（幅度平方）与EoR信号功率的比值可以分别达到约$200\%$，$60\%$和$15\%$的$1.2~\rm Mpc^{-1}$的尺度上的三个频带。因此，我们得出结论，银河系的自由自由发射，作为一个严重的污染前景的组成部分，需要仔细对待在即将到来的深EoR的观测。
2020-05-08 astro-ph.CO astro-ph.GA
First Data Release of the COSMOS Lyman-Alpha Mapping And Tomography Observations: 3D Lyman-$α$ Forest Tomography at 2.05 < z < 2.55
在$z\sim 2-3$的微弱的恒星形成星系可以作为替代的背景源，探测莱曼- $α$森林除了类星体，产生高的视线密度，使三维断层重建的前景吸收领域。在这里，我们提出了第一个数据发布的COSMOS莱曼阿尔法测绘和测绘观测（CLAMATO）调查，这是进行了LRIS摄谱仪上的LRIK-I望远镜。在COSMOS场中0.157 $\mathrm{deg}^2$的观测足迹上，我们使用了$2.17<z<3.00$上的240个星系和类星体，平均同向横向间隔为$2.37\,h^{-1}\,\mathrm{Mpc^3}$，作为背景源探测$2.05<z<2.55$上前景的莱曼- $α$森林吸收。然后使用$α$森林数据在具有有效平滑尺度$2.5\,h^{-1}\,\mathrm{Mpc}$的$3.15\,\times 10^5\,h^{-3}\,\mathrm{Mpc^3}$的共移动体积上创建维纳滤波断层扫描重建。除了传统的数字，这张地图还呈现为一个虚拟现实的YouTube 360视频可视化和可操纵的互动数字。我们看到大的密度过高和密度过低，在视觉上同意从光谱红移调查在同一领域的同时代星系的分布，包括与最近发现的几个星系原星团的体积。此数据发布包括红移目录，减少光谱，提取莱曼- $α$森林像素数据，和吸收的层析成像图。
2018-08-03 astro-ph.CO astro-ph.GA
Reconstructing Quasar Spectra and Measuring the Ly$α$ Forest with ${\rm S{\scriptsize pender}Q}$
本文提出SpenderQ，一种基于机器学习的类星体光谱重建方法，通过自编码器学习红移不变的潜在编码并结合迭代掩蔽吸收区域，直接重建内禀类星体光谱并测量LyA森林，显著降低了聚类测量偏差。
2025-06-25 astro-ph.CO astro-ph.GA
Shadow of a Colossus: A z=2.45 Galaxy Protocluster Detected in 3D Ly-a Forest Tomographic Mapping of the COSMOS Field
使用中等分辨率的光学光谱从58个背景莱曼break星系和类星体在$z\sim 2.3-3$在$11.5'\times13.5'$地区的COSMOS领域（$\sim 1200\,\mathrm{deg}^2$投影面积密度或$\sim 2.4\,h^{-1}\,\mathrm{Mpc}$平均横向分离），我们重建的三维断层图像的前景LY $α$森林吸收在$2.2<z<2.5$与有效的平滑尺度的$σ_{3d}\approx3.5\,h^{-1}\,\mathrm{Mpc}$共动。与61个同时代星系的光谱红移在相同的体积相比，我们发现，星系的位置明显偏向IGM吸收增强的层析地图的区域。我们发现一个扩展的IGM超密度与深吸收槽在PDMATHAMT与最近发现的星系原星团在相同的红移。基于与我们的数据相匹配的模拟，我们估计这个IGM超密度内的暗物质质量为$M_{\rm dm} (z=2.45) = (9\pm4)\times 10^{13}\,h^{-1}\,\mathrm{M_\odot}$，并认为基于这个质量和吸收强度，它将形成至少一个具有$M(z=0) = (3\pm 2) \times 10^{14}\,h^{-1}\mathrm{M_\odot}$的$z\sim0$星系团，尽管其拉长的性质表明它可能会坍缩成两个独立的星系团。我们还指出，在$z=2.30$在一个$r\sim 1\,h^{-…
2015-09-09 astro-ph.CO astro-ph.GA
Probing delayed-end reionization histories with the 21cm-LAE cross-power spectrum
为了预测21 cm-LAE互功率谱，我们模拟了21 cm信号和LAE在再电离时期的粒子数演化。我们采用高动态范围模拟的IGM创建的模型是一致的，从CMB，莱曼- $α$森林和LAE人口统计的约束。使用这些模型，我们考虑的演变的交叉功率谱的选择现实的再电离的历史和预测的灵敏度，目前和即将到来的调查，以测量这个信号。我们发现，一个延迟结束再电离的印记可以观察到未来的调查，并强烈的约束，可以放在再电离的进展，迟至$z=5.7$使用斯巴鲁SKA调查。我们预测的信噪比实现的组合斯巴鲁/PFS与MWA，LOFAR，HERA和SKA干涉仪的集成时间为1000小时。我们发现，斯巴鲁-SKA调查可以测量交叉功率谱的后期再电离在$z=6.6$与总信噪比大于5，使得有可能约束的时间和气泡大小在再电离结束。此外，我们发现，将目前的斯巴鲁/PFS调查区域和深度扩大三倍将使总信噪比增加一倍。
2020-03-16 astro-ph.CO astro-ph.GA
Metal Lines Associated with the Lyman-alpha Forest from eBOSS Data
我们研究了在eBOSS类星体光谱中与Ly $α$森林相关的金属物种。金属吸收线显示在堆叠的光谱从交叉相关的森林和通量波动场的选择Ly $α$吸收。在$2<z_{\rm abs}<4$的吸收体红移范围内，识别出与相对强的Ly $α$吸收体（具有通量波动$-1.0<δ_{\rm Lyα}<-0.6$和~ $10^{15-16}$ $\rm cm^{-2}$的中性氢柱密度的那些）相关的多达13种金属物种。这些物种的柱密度降低向更高的红移和较弱的Ly $α$吸收。从建模的各种物种的柱密度，我们发现，柱密度模式表明，在环星系介质（CGM）和星系际介质（IGM）的多个气体成分的贡献。而低电离物质（例如，C II、Si II和Mg II）可以通过来自CGM的高密度冷气体（$T \sim 10^4$ K）来解释，高电离物质可能存在于IGM中的低密度或高温气体中。这些测量结果为Ly $α$森林重子声学振荡测量中的金属污染模型提供了输入。与高分辨率类星体光谱中的金属吸收和流体动力学星系形成模拟的比较可以进一步阐明这些Ly $α$吸收体的物理条件。
2022-06-22 astro-ph.CO astro-ph.GA
HST/COS Observations of the Ly alpha Forest toward the BL Lac Object 1ES1553+113
本文介绍了BL Lac天体1 ES 1553 +113的宇宙起源摄谱仪（HST/COS）在1135-1795波长范围内的新的远紫外光谱。数据显示了一个平滑的连续谱，在ISM和IGM中产生了丰富的窄吸收特征。这些特征包括41个0<z<0.43的Lya吸收体，其中14个在多个莱曼线中检测到，6个在一个或多个金属线中检测到。我们分析了在z=0.188处的Lya吸收剂的富金属三重态，其中检测到OVI、NV和CIII吸收。硅离子（SiIII/IV）未被检测到相当强的上限，并且我们使用测量的SiIII/CIII上限来推导吸收剂络合物的最强组分的丰度极限[C/Si]>0.6。星系红移巡天显示，许多大质量星系的红移与这个吸收复合体大致相同，这表明它产生于大尺度的星系细丝中。1 ES 1553 +113是最亮的河外X射线源和γ射线源之一，是高能天体物理学界的重要研究对象。1 ES 1553 +113没有固有的发射或吸收特性，因此没有直接的红移测定。我们使用介入的Lya吸收体对红移进行直接限制：基于确认的Lya+OVI吸收体的z_em>0.395，基于Lya的单线检测的z_em>0.433。COS/FUV数据仅对z<0.47的Lya吸收体敏感，但我们提出了z_em 0.4的统计参数<0.58 based on the non-detection of any Lyb absorbers at z…
2010-05-12 astro-ph.CO astro-ph.HE
The Gravitational Spectral Radio Forest: A Signature of Primordial Black Holes
Indian Institute of Technology Bombay（印度理工学院孟买分校）
通过将星际氢气作为量子传感器探测原初黑洞暗物质，研究其引力效应导致氢原子能级分裂，提出无线电林作为约束暗物质原初黑洞人口的高对比度目标。
2026-05-13 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Lyman-alpha Forest Tomography from Background Galaxies: The First Megaparsec-Resolution Large-Scale Structure Map at z>2
我们提出了第一个观测前景莱曼- $α$森林吸收高红移星系，针对24恒星形成星系（SFG）与$z\sim 2.3-2.8$内的$5' \times 15'$区域的COSMOS领域。横向视线分离是$\sim 2\,h^{-1}\mathrm{Mpc}$共动，允许我们创建在红移范围$2.20\leq z\leq 2.45$上的3D Ly $α$森林吸收场的层析重建。由此产生的地图涵盖了$6\,h^{-1}\mathrm{Mpc} \times 14\,h^{-1}\mathrm{Mpc}$在横向平面和$230\,h^{-1}\mathrm{Mpc}$沿视线与$\approx 3.5\,h^{-1}\mathrm{Mpc}$的空间分辨率，是第一个高保真度的大尺度结构的$\sim\mathrm{Mpc}$规模的$z>2$地图。我们的地图揭示了具有$\gtrsim 10\,h^{-1}\mathrm{Mpc}$范围的重要结构，包括几个跨越整个横向宽度的结构，为预测存在于高红移宇宙网中的非线性结构提供了定性证据。具有相同视线采样、光谱分辨率和信噪比的模拟重建恢复了基础3D吸收场中存在的突出结构。使用其他调查的数据，我们确定了18个星系与已知的红移coeval与我们的地图卷，使我们的层析地图直接比较。这表明星系优先占据高密度区域，与应用于模拟的相同比较定性一致。我们的研究结果建立了CLAMATO调…
2014-09-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
Constraints on freeze-in dark matter from Lyman-$α$ forest and 21-cm signal : single-field models
该研究利用莱曼-α森林和21厘米信号，针对通过湮灭或衰变注入能量的冻结-入暗物质（FIDM），结合低红移数据和恒星形成标准模型，约束了惰性中微子FIDM的质量范围及milli-charged FIDM的参数空间。
2024-12-03 astro-ph.CO hep-ph
21 cm forest one-dimensional power spectrum as an indirect probe of dark matter particles and primordial black holes
College of Sciences, Northeastern University（东北大学理学院）；Liaoning Normal University（辽宁师范大学）；School of Physics, Hangzhou Normal University（杭州师范大学物理学院）
利用21厘米森林一维功率谱探测暗物质粒子和原初黑洞的性质，通过SKA观测提升对暗物质参数和原初黑洞质量的约束精度。
2026-01-23 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
