Cosmic reionization after Planck
宇宙再电离是理解宇宙结构形成的关键，可以告诉我们第一个源的性质，如它们的恒星形成效率和电离光子的逃逸分数。通过结合最近发布的普朗克电子散射光学深度数据与高红移类星体吸收光谱的观测，我们得到了强有力的约束可行的再电离历史。我们表明，普朗克数据的列入有利于再电离的情况下，一个单一的恒星人口。平均$x_{\rm HI}$从$z=10.6$处的$\sim0.8$下降到$z=5.8$处的$\sim10^{-4}$，再电离在$5.8\lesssim z\lesssim8.5$（2- $σ$）附近完成，因此表明高红移源对再电离的贡献显著减少。通过将高红移星系光度函数数据纳入分析，我们可以对电离光子的逃逸分数$f_{\rm esc}$施加独立的约束。在红移范围$z=6-9$内发现了$\sim10\%$的非演化$f_{\rm esc}$。
2015-09-16 astro-ph.CO
Extended reionization in models beyond $Λ$CDM with Planck 2018 data
我们提供了普朗克2018年宇宙微波背景各向异性数据对扩展再电离历史的约束的更新。普朗克2018年大角度尺度的数据改进了低多极下$E$模式极化再电离凸起的测量，为改进我们以前的结果提供了可能性。通过对再电离历史的原始Poly-reion模型进行微小修改，我们发现普朗克2018年的数据显着改善了我们之前的所有结果：我们发现$τ=0.0572_{-0.0075}^{+0.0064}$在68%CL时的光学深度强烈不利于再电离的早期开始，即当再电离开始时红移，$z_{xe=0}=18.18_{-10.89}^{+1.61}$在68%CL时，再电离持续时间（定义为10%-99%再电离）显著减少，即$Δ_z^{Reion}=4.59_{-2.45}^{+1.67}$为68% CL。我们探讨了再电离历史和宇宙学参数之间可能的相关性，包括$Λ$ CDM之外的重要扩展。我们发现，再电离与标量谱指数、中微子质量和、空间曲率、暗物质湮灭等非标准模型之间的简并度显著降低，误差条的降低和简并度的降低，以及我们在Poly-reion模型中观察到的光学深度向低值的转变，主要是由新的低-基于HFI数据的普朗克2018年基线的$\ell$极化可能性。这一点也得到了在没有这种可能性的情况下得出的结果以及为一个模型子集提供的基线替代品不同的结果的证实。
2020-05-25 astro-ph.CO
Constraints on Patchy Reionization from Planck CMB Temperature Trispectrum
通过测量普朗克2015年宇宙微波背景（CMB）温度各向异性的三谱，我们提出了对补丁再电离的约束。斑片状再电离导致CMB光学厚度的各向异性，并且改变了所观察到的CMB各向异性的统计。我们估计的三谱的CMB温度各向异性约束的光学深度的空间变化。我们表明，测量的三光谱是一致的，从标准的透镜CMB模拟在$2σ$。虽然在普朗克2015温度三谱中没有发现斑片状再电离的证据，但对斑片状再电离的CMB约束比以前的工作有了显着改善。假设Wang和Hu（2006）的解析气泡晕模型，在这项工作中获得的约束排除了在$\sim0.5$的电离分数为$R\gtrsim 10$ Mpc的典型气泡尺寸。此外，我们的约束意味着，如果Dvorkin等人（2009）描述了由斑片再电离引起的$B$模，则来自斑片再电离的大尺度$B$模在探测$r\gtrsim0.001$的原始引力波时不是一个显著的污染。CMB三谱数据开始对斑片状再电离提供有意义的约束。
2018-03-01 astro-ph.CO
Joining bits and pieces of reionization history
普朗克的宇宙微波背景温度和偏振各向异性估计了比WMAP更低的再电离光学深度（$τ$）。再电离历史中的一个重要时期将落在$6<z< 10$内，在那里，哈勃前沿场计划对星系的探测和莱曼- $α$观测对星系间介质中中性氢的独立估计也是可用的。这种重叠允许宇宙再电离的分析，利用CMB和这些天体物理测量的直接组合，并可能打破描述再电离物理参数的简并。这是我们第一次通过假设光电离和复合速率是自由形式的，并通过允许基础宇宙学参数随普朗克2018年发布的CMB（温度和偏振各向异性和透镜）数据以及天体物理数据汇编而变化来重建再电离历史。我们发现低$\ell$普朗克2018 HFI偏振可能性和天体物理数据在确定综合光学深度方面非常一致。通过结合这两个数据，我们报告了一个最小的重建$τ=0.051^{+0.001+0.002}_{-0.0012-0.002}$在68\%和95\% CL，这是在目前的天体物理测量中引用的文献中的错误，是近两倍优于预计的宇宙方差限制CMB测量。对于再电离、红移间隔在10%和完全电离之间的时间段，我们得到了68%和95% CL的$2.9^{+0.12+0.29}_{-0.16-0.26}$，这比用Planck 2015数据得到的相应结果有明显的改进。通过对组合结果进行贝叶斯分析，我们没有发现单调再电离历史之外的证据，因此与最小替代方案相比，多阶段再电离方案是不受欢迎的。
2020-03-05 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Reionization Parameter Space Consistent with the Thomson Optical Depth from Planck
我们研究的再电离参数空间符合当前测量的汤姆逊光学深度使用一个新的参数化的再电离的历史。质量加权电离分数指定的红移中点，持续时间和不对称形状参数。我们使用保守的平坦先验和物理约束进行MCMC分析。我们的分析产生了红移的中点$z_{50}=7.66\substack{+0.57-0.61}\text{(68%)}\substack{+1.26-1.02}\text{(95%)}$，和上限的持续时间$Δ_\text{z} < 7.5$和不对称$A_\text{z}<5.3$为$τ= 0.054 \pm 0.007$。重建的质量加权电离分数$x_\text{i}(z)$是不对称的，但早期的再电离的贡献很小。
2018-08-09 astro-ph.CO
Reionization optical depth determination from Planck HFI data with ten percent accuracy
本文利用普朗克卫星的高频仪（HFI）数据，对再电离光学深度$τ$进行了改进分析。通过使用HFI地图制作代码的改进版本，我们大大减少了影响数据的残留大规模污染，这些污染在普朗克2018遗留版本中进行了表征，但尚未完全删除。这带来了偶极失真系统效应，污染了非常低的多极，低于噪声水平。在大尺度极化数据上，我们在$68\%$ C.L.测量$τ=0.0566_{-0.0062}^{+0.0053}$，通过$\sim40\%$减少普朗克2018遗留版本的不确定性。在$Λ$ CDM模型中，结合普朗克大尺度温度似然性，以及高$\ell$温度和极化似然性，我们测量了$68\%$ C. L.的$τ=0.059\pm0.006$。其对应于在$68\%$ C. L.处的$z_{\rm re}=8.14\pm0.61$的中点再电离红移。这种估计的再电离光学深度与$10\%$的准确性是最强的约束。
2020-05-26 astro-ph.CO
Principal component analysis of the reionization history from Planck 2015 data
宇宙瞬时再电离的简单假设可能会使宇宙学参数的估计产生偏差。在本文中，再电离历史的模型无关的主成分方法被应用到最近的普朗克2015年数据的宇宙学参数的约束。我们发现宇宙在红移$z \ge 8.5$为95% CL时没有完全重电离。再电离光学深度和物质涨落幅度均高于标准瞬时再电离方案，但与标准瞬时再电离方案一致。物质涨落幅度的高估计值加强了普朗克CMB观测与一些天体物理数据之间的紧张关系，如星系团计数和弱透镜。如果允许中微子质量变化，这种张力就可以得到明显的缓解。由于高的标量谱指数，低尺度自发破缺的SUSY暴胀模型可以很好地拟合数据，这在普朗克分析中在95%CL下是不受欢迎的。
2015-09-04 astro-ph.CO hep-ph
The Star Formation Efficiency During Reionization as Inferred from the Hubble Frontier Fields
本研究利用哈勃前沿场的透镜化紫外光度函数数据，结合半经验模型约束再电离时期恒星形成效率，验证了模型与现有再电离观测的一致性，并发现高红移JWST观测结果与哈勃数据的红移演化规律存在显著偏离。
2023-11-09 astro-ph.CO astro-ph.GA
Inflationary vs. Reionization Features from Planck 2015 Data
暴胀和再电离过程中的特征在温度和偏振功率谱中留下了相应的特征，这些特征可能解释普朗克2015年数据中的异常，但需要联合分析才能解开。我们研究了这两种效应之间的相互作用，使用模型独立的参数化的通货膨胀的功率谱和电离的历史。大尺度功率的急剧抑制的偏好是由在多极$\ell \sim 20$的温度功率谱中的特征驱动的，而高红移电离的分量的偏好是由与最低多极相比时在$\ell \sim 10$的偏振功率的急剧过剩驱动的。边缘化暴胀自由度并不会削弱对$z \gtrsim 10$电离的偏好，而边缘化再电离自由度会略微增强对暴胀特征的偏好，但也会掩盖其极化的直接特征。这些功能的膨胀和再电离的解释，使预测的偏振光谱，可以在未来的精密测量，特别是在$10\lesssim \ell \lesssim 40$进行测试。
2018-07-09 astro-ph.CO
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$z~6低8（-4）（+15）倍，与观测结果一致。目前的方法对比推断的电离发射率的演变与星系紫外线光度密度增加了越来越多的观测证据，微弱的，恒星形成…
2015-09-05 astro-ph.CO astro-ph.GA
A joint measurement of galaxy luminosity functions and large-scale field densities during the Epoch of Reionization
当代望远镜最令人兴奋的进步之一是在再电离时期探测星系，使用深场将这些仪器推向极限。我们必须优化对这些领域的分析，以便从中提取尽可能多的信息。特别是，测量星系光度函数的标准方法丢弃了关于大尺度暗物质密度波动的信息，尽管这种大尺度结构在宇宙黎明期间驱动了星系形成和再电离。测量这些密度将提供一个可观测的基础，将星系调查与再电离过程和结构形成的理论模型联系起来。在这里，我们使用现有的哈勃深场数据，同时适合的通用光度函数和测量大尺度密度为每个哈勃深场在$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
Tangled $τ$: Planck CMB Constraints on Flash Reionization
University of Winnipeg（温尼伯大学）；University of Manitoba（曼尼托巴大学）；The University of Tokyo（东京大学）
本研究首次用MCMC分析闪光再电离模型拟合普朗克CMB数据，发现约束与峰值电离分数紧密相关，且总光学深度无显著变化，PR3数据仅给出上限。
2026-10-30 astro-ph.CO
Cosmic Reionization Study : Principle Component Analysis After Planck
再电离历史的研究对于理解宇宙的演化有着重要的作用。一般认为，我们宇宙中的星系际介质（IGM）今天是完全电离的，但再电离过程仍然是神秘的。现代宇宙学通常采用简单的瞬时再电离过程，没有直接的观测证据。然而，电离分数的历史，$x_e(z)$将影响宇宙微波背景（CMB）观测和光学厚度$τ$的约束。利用基于特征再电离模型的模拟未来数据集，我们发现瞬时模型引入的对$τ$的偏差是不可忽略的。本文用主成分分析（PCA）方法研究了宇宙再电离的历史，并结合银河巡天和Ia型超新星（SN）Union 2.1样品的重子声学振荡（BAO），利用Planck、WMAP 9年温度谱和偏振功率谱数据，重建了不同红移$z$下的$x_e (z)$。结果表明，重建的$x_e(z)$与瞬时行为一致，但在某些时刻与瞬时行为略有偏差。通过PCA方法，在抛弃噪声模式后，我们得到了更强的约束，并且特征$x_e(z)$演化的提示可以变得更明显。
2015-12-23 astro-ph.CO
Searching for patchy reionization from cosmic microwave background with hybrid quadratic estimators
我们提出了一个混合二次估计来测量引力透镜的宇宙微波背景（CMB）和微分屏蔽效应所产生的电子柱密度的波动，如可能产生的补丁再电离之间的交叉相关性。的混合二次估计验证模拟数据集与普朗克和CMB-第4阶段（CMB-S4）仪器属性，并发现能够恢复互功率谱几乎没有偏见。我们将这种技术应用于普朗克2015年的温度数据，并获得了引力透镜和差分屏蔽效应之间的互功率谱。仅凭普朗克数据无法检测到斑块再电离诱导的交叉功率谱，但未来的实验，如CMB-S4，将能够稳健地测量预期的信号，并提供关于再电离的新见解。
2018-08-05 astro-ph.CO
Cosmic reionization after Planck II: contribution from quasars
根据最近普朗克对电子散射光学深度的向下修正，以及在$z > 4$发现的微弱活动星系核，我们重新评估了类星体对宇宙再电离的实际贡献。为此，我们扩展了以前基于MCMC的数据约束半解析再电离模型，研究了类星体在全球再电离历史中的作用。我们发现，类星体只有在高红移下具有非常高的活动星系核发射率的模型才能单独反射宇宙。这些模型仍然允许最近的CMB数据和大多数有关HI再电离的观察。然而，他们预测了一个扩展的和早期的HeII再电离结束在$z\gtrsim4$和一个更慢的演变，在平均HeII Ly- $α$森林不透明度比实际观测表明。因此，当我们进一步限制我们的模型对地狱Ly-$α$森林数据，这种活动星系核主导的情况下，被发现在2- $σ$限制明确排除。这些数据似乎有利于一个标准的两个组成部分的图片，类星体的贡献变得可以忽略不计，在$z\gtrsim6$和非零逃逸分数的$\sim10\%$需要从早期星系。对于这些模型，平均中性氢分数从$z=10.0$时的$\sim0.8$降低到$z=6.2$时的$\sim10^{-4}$，氦在更晚的时间$z\sim3$变为双电离。我们发现，这些模型是以及在很好的协议与所观察到的IGM的热演化，而不是具有非常高的活动星系核发射率的模型。
2017-09-23 astro-ph.CO
Hubble Frontier Fields First Complete Cluster Data: Faint Galaxies at $z\sim 5-10$ for UV Luminosity Functions and Cosmic Reionization
利用哈勃前沿场（HFF）观测到的Abell 2744透镜星系团和平行光场的第一个全深度数据集，对$z\sim10$以下的暗脱落星系进行了综合分析。我们在HFF场的$z\sim5-10$处发现了$54$的缺失，并放大了迄今为止获得的$z\sim9$星系样本的尺寸。虽然高度放大（$μ\sim10$）星系的数量很少，由于强透镜的微小调查体积，我们的研究达到了星系的内禀光度相媲美的深场HUDF研究。我们推导出紫外线光度函数与这些微弱的辍学，仔细评估组合的观测不完整性和透镜效应在图像平面的密集模拟，包括放大，失真，和乘法的图像，与质量模型依赖性的评估。我们的研究结果证实，在$z\sim6-8$的弱端斜率$α$和$-2$一样陡，并加强了在$z>8$的紫外光度密度$ρ_\mathrm{UV}$从大$z\sim9$样品中迅速下降的证据。我们研究快速的$ρ_\mathrm{UV}$减少的趋势是否可以调和与大汤姆逊散射光学深度，$τ_\mathrm{e}$，测量CMB实验允许一个大的空间的自由参数，如平均电离光子逃逸分数和恒星人口依赖的转换因子。任何参数集均无法重现快速$ρ_\mathrm{UV}$降低和大$τ_\mathrm{e}$。可能是$ρ_\mathrm{UV}$降低了$z\gtrsim11$的缓和度，自由参数显著地向高$z$演化，或者存在其他的再电离源，如X射线双星和微弱的活动星系核。
2014-11-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
Does Planck 2015 polarization favor high redshift reionization?
我们研究了大角度CMB偏振功率谱中的高红移电离特征与普朗克2015数据中特征之间的关系。使用一个主成分（PC）电离的基础，是完整的宇宙方差限制出$z_{\rm max}=30,40,50$，我们发现一个强大的$>95\%$ CL偏好电离在$z>15$没有偏好$z>40$。这种稳健性源于数据的$\ell \sim 10$区域，该区域显示出相对于$\ell \le 8$的高功效，并导致与再电离的阶梯状模型的拟合较差。相反，通过允许高红移再电离，PC通过$2Δ\mathrm{ln}\mathcal{L} = 5-6$提供了更好的拟合。由于电离红移响应的简并性，这种改进的拟合是由于模型的一个方面：如我们用两步再电离模型说明的那样，将$z>10$组分适应电离的能力。对于这个模型和其他包含这样一个成分的模型，它的存在是允许的，甚至是有利的;对于不包含这样一个成分的模型，它们的不佳拟合反映了统计或系统性波动。这些可能性在$\ell \sim 15-20$产生了非常不同的和可检验的预测，以及在$\ell>30$产生了小但可检测的差异，这可以进一步限制再电离的高红移极限。
2018-06-11 astro-ph.CO
Reionization history and CMB parameter estimation
我们研究如何在宇宙的再电离历史的不确定性影响其他宇宙学参数的估计从宇宙微波背景。我们分析WMAP7数据和合成普朗克质量的数据产生的一个现实的情况下，从高分辨率数值模拟获得的宇宙再电离历史。我们进行参数估计，使用一个简单的突然再电离近似，并使用Mortonson和胡提出的主成分分析（PCA）技术。我们得出两个主要结论：（1）采用简单的突然再电离模型不会将可测量的偏差引入到其他参数的值中，这表明为了从未来的CMB数据集（如普朗克）估计参数，不需要再电离的详细建模。(2)PCA分析不允许在现实情况下准确重建宇宙的实际再电离历史。
2012-11-29 astro-ph.CO
Constraining Planck scale physics with CMB and Reionization Optical Depth
我们提出了一个双向的相互作用的原理证明在非常早期的宇宙和后期的观测物理。我们发现的原始机制之间的关系，负责大规模的功率抑制的原始功率谱和再电离光学深度$τ$的值。这些机制可影响$τ$的估计。我们表明，使用未来的测量$τ$，人们可以获得前暴胀动力学的约束，提供了一个新的窗口非常早期的宇宙物理。此外，新的重新估计的$τ$可以潜在地解决$τ$的高和低$\ell$测量之间的适度差异，因此为功率抑制异常及其原始起源提供经验支持。
2017-10-02 astro-ph.CO gr-qc hep-th
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
First study of reionization in the Planck 2015 normalized closed $Λ$CDM inflation model
我们研究了两个非平坦$Λ$ CDM暴胀模型中的再电离，这些模型最适合普朗克2015年宇宙微波背景各向异性观测，忽略或结合重子声学振荡距离测量。我们实现了主成分分析（PCA）估计的不确定性，在再电离历史的联合类星体CMB数据集。对非平坦$Λ$ CDM膨胀模型以及原始普朗克2016倾斜空间平坦$Λ$ CDM膨胀模型的PCA模式的参数空间进行了彻底的马尔可夫链蒙特卡罗分析。虽然平坦和非平坦模型都能很好地匹配低红移（$z\lesssim6$）观测，但我们注意到高红移（$z\sim8$）Lyman- $α$发射数据和非平坦模型之间可能存在张力。这完全是因为封闭模型比平坦模型具有相对更高的再电离光学深度，这反过来又需要更多的高红移电离源，并有利于早在$z\approx14$开始的扩展再电离。我们的结论是，相对于平坦宇宙学，对于非平坦宇宙学模型（i）逃逸分数需要陡峭的红移演化，甚至在某些红移不切实际的高值和（ii）大多数的物理参数需要有非单调的红移演化，特别是当莱曼- $α$发射数据包括在分析中。
2018-07-10 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Planck intermediate results. XLVII. Planck constraints on reionization history
我们研究了从普朗克宇宙微波背景（CMB）数据中提取的宇宙再电离的约束条件。我们结合普朗克CMB各向异性数据的温度与低多极极化数据，以适应LCDM模型与各种参数化的再电离历史。我们得到的汤姆逊光学深度τ =0.058 +/- 0.012的常用瞬时再电离模型。这证实了，只有CMB各向异性的数据，结合普朗克2015年的结果与其他数据集，也减少了不确定性建议的低值。我们重建的中性和电离相之间的过渡使用对称或非对称模型的电离分数的历史。为了更好地确定再电离过程的持续时间的限制，我们还利用测量的动态Sunyaev-Zeldovich（kSZ）效应的振幅，使用额外的信息，从高分辨率阿塔卡玛宇宙望远镜和南极望远镜实验。再电离发生时的平均红移被发现位于z=7.8和8.8之间，这取决于所采用的再电离模型。使用kSZ约束和红移对称再电离模型，我们发现了Dz < 2.8的再电离周期宽度的上限。在所有的情况下，我们发现宇宙在红移大于z~10时的电离率小于10%。这表明，普朗克数据强烈反对再电离的早期开始。我们表明，这一结果也减少了基于CMB的分析和其他天体物理学来源的约束之间的紧张关系。
2016-09-05 astro-ph.CO
Cosmic Reionization May Still Have Started Early and Ended Late: Confronting Early Onset with CMB Anisotropy and 21 cm Global Signals
再电离的全球历史是由三个晕质量群释放的星光的相对数量决定的：维里温度Tvir > 10^4 K的原子冷却晕（ACH），或者（1）质量足以在再电离后形成恒星（类地星云，>~ 10^9 Msun）或（2）质量较小的类地星云（类地星云），当被再电离超越时，会受到恒星形成的抑制，（3）Tvir < 10^4 K的H2冷却微晕（MH），其恒星形成主要受到H2解离的莱曼-沃纳（LW）背景的抑制。我们以前的工作表明，包括MHs引起两个阶段的再电离-早期上升到x ~ 0.1，由MHs驱动，然后快速上升，后期，到x ~ 1，由ACH驱动-与CMB偏振各向异性的签名预测是可检测的普朗克卫星。受此预测的启发，我们半解析地模拟了全球再电离，以与普朗克CMB数据和EDGES全球21 cm吸收特征进行比较，模型具有：（1）ACH，无反馈;（2）ACH，自我调节;（3）ACH和MH，自我调节。模型（3）与普朗克E模偏振数据吻合得很好，即使有大量的高红移电离尾部，超出了普朗克合作组织（2018）提出的限制。没有模型可再现EDGES特征。对于模型（3），|dTb| <~ 60 mK穿过边缘谷，一个数量级太浅，吸收开始于更高的z，但在光谱上没有特征。MHS中第三星族星的早期再电离与当前的限制是兼容的，但只有当EDGES解释被打折或其他过程，我们没有包括它。
2021-04-09 astro-ph.CO
Are Ultra-faint Galaxies at z=6-8 Responsible for Cosmic Reionization ? Combined Constraints from the Hubble Frontier Fields Clusters and Parallels
我们利用哈勃空间望远镜对前沿场的深空成像，在红移范围$z \sim 6-8$内精确测量了星系静止帧紫外光度函数（UV LF）。我们结合三个透镜星系团A2744，MACS 0416，MACS 0717及其相关的平行领域的观察，以选择高红移辍学的候选人。我们使用最新的透镜模型来估计通量放大率和有效的调查体积结合完整性模拟中进行的源平面。我们报告了在$z=6-7$探测到的227个候选星系和在$z \sim 8$探测到的25个候选星系。虽然在每个平行场中的总测量面积约为4弧分$^{2}$，但由于强透镜作用，在星团核心场中的总测量面积下降到约0.6至1弧分$^{2}$。我们计算紫外光度函数在$z \sim 7$使用合并的星系样本，并进行蒙特卡罗模拟，以确定最佳的拟合Schechter参数。我们能够可靠地将LF约束到$M_{UV}=-15.25$的绝对幅度，其对应于0.005 $L^{\star}$。更重要的是，我们发现，弱端斜率仍然陡峭下降到这个幅度限制与$α=-2.04_{-0.17}^{+0.13}$。我们的研究结果证实了最近的结果在深空白领域，但延长LF测量超过两个数量级更深。由于统计数据较少和不完整的不确定性，$z \sim 8$的UV LF在$M_{UV}=-18$以下没有受到很好的限制。为了评估星系对宇宙再电离的贡献，我们通过将UV LF积分到观测约束极限$M_{UV} = -1…
2015-10-09 astro-ph.CO astro-ph.GA
Effect of Template Uncertainties on the WMAP and Planck Measures of the Optical Depth Due To Reionization
再电离光学深度是最差确定的六个$Λ$ CDM参数适合CMB各向异性数据。仪器噪声和系统学阻止了不确定性达到其宇宙方差极限。目前，提供最具统计约束力的数据集是WMAP、普朗克LFI和普朗克HFI全天空偏振图。由于再处理的HFI数据与减少系统学尚未公开，我们检查了$τ$的测定使用9年的WMAP和2015年普朗克LFI数据，重点是表征潜在的系统性偏差导致的前景模板和掩蔽的选择。我们发现证据的低水平系统的LFI偏振数据与大致共模形态跨越LFI频率和频谱一致的强度信号泄漏到偏振通道。我们证明了使用LFI 30 GHz地图作为模板从WMAP数据中清除同步加速器时导出的光学深度的显著偏差，并建议不要使用2015年LFI 30 GHz偏振数据作为非LFI数据集的前景模板。我们发现2015年极化353 GHz尘埃模板从普朗克似然重建的版本和那些从交付的地图，这可能会影响$τ$在1 $σ$水平之间的不一致。在$τ$值在我们研究的数据组合集合上的分布表明，系统的不确定性仍然对$τ$中的当前不确定性有显著影响，但所有值都与$τ$ = 0.07 +/- 0.02的范围一致。
2019-01-08 astro-ph.CO
A hidden reionization prior biases cosmological inference
Shanghai Astronomical Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海天文台）
研究发现标准单调再电离历史与观测数据冲突，引入早期再电离成分可放宽中微子质量上限并改变σ8，揭示再电离形状是宇宙学推断中的隐含先验。
2026-06-29 astro-ph.CO astro-ph.GA
Emission-Line Galaxies from the Hubble Space Telescope Probing Evolution and Reionization Spectroscopically (PEARS) Grism Survey. II: The Complete Sample
我们提出了一个全面的分析，探测演化和再电离光谱（PEARS）slitess棱镜光谱数据与高级相机的调查HST。PEARS涵盖了大天文台起源深度巡天（GOODS）南北两个领域，使其成为星系随机巡天的理想选择，以及各种辅助观测的可用性，以支持光谱结果。使用PEARS数据，我们能够识别红移量0< z<1.5的恒星形成星系。PEARS调查中的恒星形成区域是独立于宿主星系的。这种方法使我们能够检测到一个星系内的多个发射线区域（ELR）的存在。在PEARS样本的~906个星系中，已经发现了1162 Ha、[OIII]和/或[OII]发射线，其极限通量为~ 1 e-18 erg/s/cm ^2。ELR也与宿主星系的性质进行了比较，包括形态，光度和质量。从这个分析中，我们发现了三个关键的结果：1）计算的线光度显示了随着红移增加光度函数变平的证据; 2）恒星形成系统显示了扰动形态的证据，恒星形成主要发生在一个有效（半光）半径内。3）在z<0.5时，M * > 1 e9} Msun的成星星系数密度比0.5<z<0.9时的成星星系数密度减少了一个数量级，支持星系缩小的论点。
2013-06-12 astro-ph.CO astro-ph.GA
Signatures of metal-free star formation in Planck 2015 Polarization Data
从普朗克宇宙微波背景（CMB）偏振测量的宇宙再电离历史的标准分析只考虑电子散射的总光学深度（$τ$），并进一步假设一个阶梯状的再电离历史。然而，偏振数据包含超出整体光学深度的信息，并且阶跃函数的假设可能会错过对光学深度的高红移贡献，并导致有偏的$τ$约束。考虑到其完整的再电离信息内容，我们重新考虑使用简单但物理动机的再电离模型解释普朗克2015年低频仪器（LFI）偏振数据。我们表明，这些测量仍然，事实上，允许一个不可忽略的贡献，从无金属（波普-III）恒星形成的质量$M \sim 10^5-10^6 M_\odot$在$z \gtrsim 15$的迷你晕，提供这种模式的恒星形成是相当低效的。我们的最佳拟合模型包括一个早期的，自我调节阶段的波普-III恒星形成的再电离历史具有渐进的，高原的功能。在这个模型中，宇宙体积的20%的$\sim$被$z \sim 20$电离，但它仍然提供了一个很好的匹配普朗克LFI测量。尽管当数据的全部信息内容被合并时是优选的，但在标准分析中，这种模型将是不受欢迎的。这种偏好主要是由$10 \lesssim \ell \lesssim 20$多极处E模式偏振的过量功率驱动的，这可能反映了数据中剩余的系统误差、统计波动或第一批恒星的特征。普朗克高频仪器（HFI）的测量应该能够证实或反驳这一暗示，未来的宇宙方差有限的E模式偏振调查可以提供更多关于这些特征的信息
2016-10-03 astro-ph.CO
Population III star explosions and Planck 2018 data
利用最新的Planck数据研究了第III星族星超新星爆发对高红移再电离历史的影响。据预测，大质量Pop~III星~（$130M_\odot\leq M\leq 270M_\odot$）在其恒星生命的末期会以对不稳定性超新星（PISNe）的形式爆发。在爆炸过程中，超新星遗迹以热电离泡的形式生长，并在再电离历史的早期阶段增强了电离分数。这种增强影响了宇宙微波背景~（CMB）的光学深度，并产生了大尺度上CMB偏振的附加各向异性。因此，分析普朗克偏振数据使我们能够检查Pop III星SNe及其祖先，大质量Pop III星的丰度。为了模拟SN对再电离的贡献，我们引入了一个新的参数$ζ$，它与宇宙的坍缩分数的SNe丰度有关。利用最新的普朗克极化数据，利用马尔可夫链蒙特卡罗方法，我们得到了我们的模型参数，$ζ$的约束。我们的约束告诉我们，所观察到的CMB偏振与PISNe的丰度是一致的，从最近的宇宙学模拟中的Pop III恒星的恒星形成率和初始质量函数预测。我们还建议，结合进一步的观测，如高红移类星体的观测，可以提供更严格的约束和重要的信息的性质的Pop III星的再电离历史。
2021-06-14 astro-ph.CO
Reionization and the Hubble Constant: Correlations in the Cosmic Microwave Background
本文利用去除低阶极化的 CMB 数据，揭示再电离光深与 $H_0$ 的正相关，并表明更大的 $τ_{\rm reio}$ 可在 $Λ$CDM、DR 和 EDE 中轻微缓解哈勃张力。
2025-07-25 astro-ph.CO hep-ph
Inference of the optical depth to reionization from low multipole temperature and polarisation Planck data
本文探讨了从具有复杂噪声特性和部分天空覆盖的宇宙微波背景各向异性图中构建低多极温度和极化似然的方法。我们使用普朗克2018高频仪器（HFI）和更新的SRoll 2温度和偏振图来测试我们的方法。我们提出了三种基于二次互谱估计的似然近似：（一）普朗克遗留论文中使用的基于模拟的似然（SimBaL）技术的变体，以产生低多极EE似然;（二）基于最大熵原理的半解析似然近似（momento）;（三）密度估计“无似然”方案（DELFI）。方法（ii）和（iii）可以推广到产生低多极联合温度极化（TTTEEE）的可能性。我们提出了广泛的测试，这些方法与现实的相关噪声模拟。然后，我们分析普朗克数据，并确认我们的方法的鲁棒性和多个频率间和频率内检测器集合组合SRoll 2地图的可能性。这三种可能性技术给出了一致的结果，并支持从HFI到reoinization的光学深度τ的低值。我们对tau的最佳估计来自于将低多极SRoll 2矩（TTTEEE）似然与CamSpec高多极似然相结合，并且tau = 0.0627+0.0050-0.0058。这与SRoll 2团队对tau的测定一致，尽管略高0.5 sigma，主要是因为我们对温度和偏振的联合处理。
2021-08-24 astro-ph.CO
Probing the fluctuating Ultra-violet background using the Hubble Frontier Fields
近年来，在z >= 6的高红移处发现的莱曼破裂星系数量的增加，为详细了解早期星系形成物理学提供了可能性。特别是，这些星系的紫外线光度函数（UV LF）的暗端斜率（α）是一个潜在的探针的反馈效应，抑制恒星形成的低质量晕。在这项工作中，我们提出了一个概念验证的计算约束波动的UV背景在再电离过程中约束α在不同体积的宇宙。由于不规则的再电离，不同的体积将经历不同的光加热量，这将导致测量的α散射。我们的方法是基于一个简单的模型的UV LF，这是一个缩放版本的晕质量函数结合在星系光度的指数抑制在暗端，因为UV反馈。虽然目前的数据不足以限制不同领域的α，但我们预计，在不久的将来，詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）对六个哈勃前沿领域的观测将为我们的概念提供理想的测试。
2018-09-30 astro-ph.CO astro-ph.GA
Reionization in the dark and the light from Cosmic Microwave Background
我们探讨了普朗克2015年宇宙微波背景（CMB）数据的再电离历史的约束条件，并推导出未来CMB观测的预测。我们考虑一类单调的历史参数化的再电离的两个额外的参数，相对于在瞬时再电离建模中使用的平均光学深度。我们研究了再电离的历史和标准宇宙学模型的选定扩展之间的简并性。特别是，我们认为与中微子部门的总质量的简并，我们讨论了可能的相关性之间的暗物质湮灭和持续时间的再电离的CMB。我们使用Hazra和Smoot，JCAP 1711，028（2017）中提出的多离子模型的扩展。我们将普朗克2015年数据的约束与未来可能的CMB任务LiteBIRD的预测约束进行了比较，我们还使用了拟议的类似CORE的规格作为更高分辨率的例子。我们发现，平均光学深度和再电离持续时间之间的简并性将基本上被这两个概念所消除。再电离历史与总中微子质量和暗物质湮灭性质之间的简并性也将通过未来的调查得到改善。我们发现，在再电离的时间长的情况下，在更高的分辨率的再电离历史的约束只有边际改善。
2018-07-14 astro-ph.CO
Galaxy Formation and Reionization: Key Unknowns and Expected Breakthroughs by the James Webb Space Telescope
詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）计划于2021年底发射，这标志着宇宙再电离时代高红移z>~6的星系形成研究的新开端。JWST可以捕捉敏感的高分辨率图像和红外多目标光谱，这将改变我们对宇宙历史最初10亿年期间星系形成的看法。这篇评论总结了我们目前的知识，在JWST之前，通过哈勃太空望远镜和地面设施，包括凯克，甚大望远镜，斯巴鲁和阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列的观测实现星系在再电离星系间氢的作用。我们确定了JWST在其任务寿命期间可以解决的领域中的突出问题，包括计划中的JWST周期1计划。（节录）
2021-10-25 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Star Formation Histories of Local Group Dwarf Galaxies II. Searching For Signatures of Reionization
我们在38个本群矮星系（10个$^4$ $<$ M $_{\star}$ $<$ 10个$^9$ M $_{\odot}$）的恒星形成历史（SFH）中寻找再电离的特征. SFH是使用哈勃太空望远镜/宽视场行星照相机2成像档案从颜色星等图中得出的。只有五个淬灭星系（And V，And VI，And XIII，Leo IV，Hercules）在再电离之前形成了它们的大部分恒星，当完全考虑不确定性时。对13个被Bovill和Ricotti确认的“真化石”的观测表明，只有两个（武仙座和狮子座IV）表明恒星的形成是由于再电离而淬灭的。然而，两者都在银河系的维里半径内，潮汐扰动的证据使这种解释变得复杂。我们认为，后期的气体捕获的情况下，由Ricotti假设的低质量，富含气体，恒星形成的化石候选人狮子座T是从简单的气体保留观察上无法区分。考虑到环境效应和再电离之间的模糊性，最好的再电离化石候选者是淬灭的低质量场星系（例如，KKR 25）。
2014-05-13 astro-ph.CO astro-ph.GA
Cold or Warm? Constraining Dark Matter with Primeval Galaxies and Cosmic Reionization after Planck
暗物质构成了宇宙中绝大多数的物质，但它的微观本质仍然是一个有趣的谜，对粒子物理学，天体物理学和宇宙学有着深远的影响。在这里，我们揭示了长期存在的问题，无论是暗物质是温暖或寒冷的结合测量星系光度函数的高红移z~10从哈勃太空望远镜与最近的宇宙学数据的再电离历史的宇宙从普朗克任务。我们推导出强大的和严格的边界上的温暖的暗物质粒子的质量，发现目前的数据需要它在2和3千电子伏之间的狭窄范围。此外，我们表明，不超过3千电子伏的质量也同时表明与银河系大小的星系中的卫星的本地数量的天体物理约束，虽然它是在边缘的莱曼α森林的分析紧张。对于质量超过3 keV的暖暗物质和冷暗物质，为了满足普朗克对光学深度的约束，并且不遇到卫星问题，需要调用天体物理过程，抑制质量M_H<几个10^8 M_sun的晕中的星系形成，对应于极限UV星等M_UV~-11。无论如何，我们预测了星系光度函数在M_UV~-12的z~8附近的下降，并强调其详细的形状对粒子物理和小晕中星系形成的天体物理都是非常有用的。这些期望将通过哈勃前沿场和詹姆斯韦伯太空望远镜的出现进行测试，这将使探测星系光度函数的非常微弱的一端达到z~8-10。
2015-08-10 astro-ph.CO
Constraint on the abundance of primordial black holes in dark matter from Planck data
我们使用2015年公布的普朗克数据，在两种不同的再电离模型（一种是瞬时再电离，另一种是不对称再电离）下约束暗物质中的原生黑洞（PBH）丰度，并将WMAP 3年数据中PBH丰度的上限显著提高了两个数量级左右。此外，这些新的限值意味着在$95\%$置信水平（C.L.）下，PBH二进制合并的事件率（Gpc $^{-3}$ yr $^{-1}$）小于$M_\text{pbh}=30M_\odot$的$0.002$、$M_\text{pbh}=10M_\odot$的$5$和$M_\text{pbh}=2M_\odot$的$2000$，因此，GW150914似乎不太可能是由PBH双星合并产生的。
2016-12-18 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Reionization and Cosmic Dawn: theory and simulations
我们强调最近的进展，在复杂性和多样化的宇宙黎明和再电离模拟。这些建模工具的应用，目前的观测，使我们缩小了时间的再电离，我们现在知道，在dz ~ 1的大部分再电离。最强的约束来自光学深度的CMB测量与{ \it普朗克}卫星和第一次检测到正在进行的再电离从光谱的z=7.1类星体ULASJ 1120 +0641。然而，我们仍然对第一个十亿年的天体物理来源几乎一无所知。我们理解的革命将由即将到来的宇宙21厘米信号的干涉测量观测引领。UV和X射线光子的源和汇的属性被编码在信号的3D图案中。贝叶斯参数恢复技术的发展，利用21厘米信号的财富，将很快迎来一个精确的天体物理宇宙学时代。
2018-01-08 astro-ph.CO astro-ph.GA
Planck and WMAP constraints on generalised Hubble flow inflationary trajectories
我们使用的Hamilton-Jacobi形式主义，以限制空间的可能的单场，通货膨胀哈勃流轨迹相比，WMAP和普朗克卫星宇宙微波背景（CMB）的结果。这种方法产生后验空间的哈勃慢滚（HSR）参数，唯一地确定历史的哈勃参数在膨胀时期。的轨迹被用来数值确定可观察到的原始功率谱和双谱，然后可以比较观察。我们的分析是用来推断最有可能的形状的暴胀子潜在的$V(ϕ)$，也产生一个预测，$f_{\rm NL}$，无量纲的振幅的非高斯双谱。
2013-12-20 astro-ph.CO gr-qc
SCORCH. II. Radiation-Hydrodynamic simulations of reionization with varying radiation escape fractions
在宇宙氢再电离（SCORCH）项目的模拟和构造中，我们提出了新的辐射流体动力学模拟，更新了高红移星系种群和不同的辐射逃逸分数。模拟的目的是有固定的汤姆逊光学深度$τ\approx 0.06$，符合最近的普朗克观测，和类似的中点再电离$7.5 \lesssim z \lesssim 8.0$，但不同的电离历史。我们模型中的星系光度函数和电离光子产生率与最近的HST观测结果符合得很好。采用幂律形式的辐射逃逸分数$f_{\text{esc}}(z) = f_8[(1+z)/9]^{a_{8}}$，我们模拟的情况下，$a_8 = 0$，1和2，并找到$a_8 \lesssim 2$，以结束再电离范围内的$5.5 \lesssim z \lesssim 6.5$与莱曼α森林观测。在固定的$τ$和幂律斜率$a_8$增加，再电离过程开始较早，但结束较晚，持续时间$Δz$和减少红移不对称$Az$。我们发现一系列的持续时间$3.9 \lesssim Δz \lesssim 4.6$，目前在紧张局势的上限$Δz < 2.8$推断从最近的联合分析普朗克和南极望远镜的观测。
2019-03-13 astro-ph.CO
The high-redshift tail of stellar reionization in LCDM is beyond the reach of the low-$\ell$ CMB
第一代（Pop-III）星可以通过$z=15$电离宇宙的1-10%，而富金属（Pop-II）星对电离的贡献可以忽略不计。这种低电离尾部可能会在大尺度CMB E模式偏振上留下可检测的印记。然而，我们表明，再电离的物理模型不太可能被充分扩展到检测任何参数超过总的光学深度通过再电离。这一结果部分是由普朗克推断的总光学深度驱动的，表明$z=8$周围有一个再电离中点，这与再电离由$z\approx 5.5$完成的要求相结合，限制了扩展尾部的幅度。为了证明这一点，我们进行半解析计算的再电离，包括流行-III星形成的minihalos与莱曼-沃纳反馈。我们发现，标准的Pop-III模型需要产生非常广泛的再电离在$z>15$，以区分在2- $σ$从Pop-II-唯一的模型，假设宇宙方差有限的测量低- $\ell$ EE功率谱。然而，我们表明，除非有（1）一个晚时间淬灭机制，如从强X射线反馈或（2）一些其他极端的波普-III的情况下，结构的形成使得它相当具有挑战性，以产生足够高的汤姆逊散射光学深度的$z>15$，$τ(z>15)$，并仍然与其他观测约束的再电离。
2021-09-28 astro-ph.CO astro-ph.GA
Detecting the Rise and Fall of the First Stars by Their Impact on Cosmic Reionization
星系际介质在红移z~6之前被再电离，很可能是早期星系逃逸的星光所致。最早的恒星是在氢分子（H2）冷却最小星系内部的气体时形成的，这些星系的质量在10^5到10^8太阳质量之间。虽然最早的恒星在红移z~40之前就开始在这些小晕内形成，但迄今为止，它们的贡献在这种宇宙再电离的大规模模拟中被忽略了。在这里，我们报告的结果，从第一次再电离模拟，包括这些第一批恒星和辐射反馈，限制了他们的形成，在一个体积足够大，以遵循关键的空间变化，影响的过程及其可观测性。我们发现，虽然minihalo星停止远未完全电离宇宙，再电离开始早得多的minihalo源比没有，并大大延长，这提高了星系际电子散射光学厚度和大角度偏振波动的宇宙微波背景显着。虽然在目前WMAP的不确定性范围内，这种助推应该很容易被普朗克探测到。如果再电离在z_ov<~7时结束，正如其他观测所表明的那样，普朗克将因此看到第一批恒星的高红移信号，目前其他探测器无法检测到。
2012-08-02 astro-ph.CO
Inference of the optical depth to reionization $τ$ from $\textit{Planck}$ CMB maps with convolutional neural networks
本文提出完全基于神经网络的无似然方法，直接从偏振 Planck HFI 的 Q、U 图推断再电离光深 τ，在真实数据上得到与 EE 交叉谱相容的结果。
2024-07-09 astro-ph.CO
Galaxy Formation In The Reionization Epoch As Hinted By Wide Field Camera 3 Observations Of The Hubble Ultra Deep Field
我们提出了一个大样本的候选星系在z~7- 10，选择在HUDF使用的新的观测HST/WFC 3。我们的样品由20个Z形辍学，15个Y形辍学和20个J形辍学组成。z-脱落的表面密度接近于早期研究预测的密度，然而，Y-和J-脱落的表面密度是相当出乎意料的。虽然在AB < 28.0 mag时没有发现Y或J的脱落，但它们的表面密度似乎在较暗的水平上急剧增加。虽然这些候选星系中的一些看起来很接近前景星系，因此可能是引力透镜，但排除这些情况后的整体表面密度仍然比如果光度函数没有从z~7演变到10的预期要高得多。受这种急剧增加的启发，我们尝试性地提出了一组Schechter函数参数来描述z~8和10处的LF。与z~7处的对应物相比，这里L* 减小~ 6.5倍，Phi* 增加17- 90倍。虽然这些参数还没有被现有的观测所要求，但它们是允许的，而且似乎比其他替代方案更符合数据。如果这些LF在我们目前的探测极限之外仍然有效，这将意味着当回顾z~10时，突然出现了大量的低光度星系，虽然看起来很奇特，但自然符合宇宙氢再电离的图像。这些早期星系可以很容易地解释再电离所需的电离光子预算，它们意味着全球恒星形成率密度可能从z~10的一个非常高的值开始，在z~7迅速达到最小值，并开始再次上升到z~6。在这种情况下，宇宙在再电离时期聚集的大部分恒星质量似乎仍然没有被目前在z~6的观测所发现。[删节]
2010-07-18 astro-ph.CO
Do JWST reionization (optical depth) puzzle, cosmological tensions, and CMB anomalies imply Harrison-Zel'dovich spectrum?
本文基于Planck、ACT和SPT数据，发现采用Harrison-Zel'dovich原初谱的ΛCDM模型可将再电离红移提高到与JWST观测一致，并缓解H_0和S_8张力，但会加剧透镜和曲率异常。
2025-07-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
Constraining the epoch of reionization from the observed properties of the high-z Universe
我们结合观测数据的十几个独立的宇宙属性在高$z$的信息再电离从遥远的光源和宇宙微波背景（CMB）的光谱来约束的星系和星系际介质的相互关联的演化，因为黑暗时代。唯一可接受的解决方案集中在两个狭窄的集合。在其中一个星系中，再电离过程分为两个阶段：第一阶段由第三星族恒星驱动，在$z\sim 10$完成，经过一个短暂的重组期后，第二阶段由正常星系驱动，在$z\sim 6$完成。在另一组中，两种源并行工作，直到在$z\sim 6$完全再电离。最好的解决方案与双重再电离提供了极好的适合所有观测到的宇宙历史，但CMB光学厚度是3- $σ$大于最近的估计从普朗克数据。或者，最好的解决方案与单一再电离给不太好的适合所观察到的恒星形成率密度和冷气体质量密度的历史，但CMB的光学深度是一致的估计。我们做了几个预测，测试与未来的观察，应该区分两个再电离的情况。作为一个副产品，我们的模型提供了一个自然的解释，在高$z$的宇宙性质的一些特征，以及球状星团的起源。
2016-11-14 astro-ph.CO astro-ph.GA
The asymmetry of dawn: evidence for asymmetric reionization histories from a joint analysis of cosmic microwave background and astrophysical data
本研究联合CMB与天体物理数据，提出含不对称性的氢电离历史扩展模型，发现再电离历史对称假设在4σ水平不被支持，结果将由JWST等更精确数据进一步检验。
2024-05-15 astro-ph.CO
Contrasting Galaxy Formation from Quantum Wave Dark Matter, $ψ$DM, with $Λ$CDM, using Planck and Hubble Data
$4 \lesssim z \lesssim 10$新建立的高z星系光度函数可以为解释矮星系核心性质的暗物质模型提供严格的检验。矮球状星系的核心被认为是太大了，以至于不能用温暖的暗物质的自由流动来解释，而不会过度抑制这种星系的形成。在这里，我们证明了宇宙学模拟波暗物质，$ψ$ DM，适合于轻玻色子，如轴子，不遭受这个问题，给出一个玻色子质量$m_ψ \ge 1.2 \times 10^{-22}{\,\rm eV}$（$2σ$）。在这种情况下，Halo质量函数被抑制在$\sim 10^{10}{\,M_\odot}$以下的水平，这是一致的高Z光度函数，而同时产生的矮星系中产生的孤子基态$ψ$ DM的kpc尺度的核心。我们证明，在这种情况下的再电离的历史是一致的汤姆逊光学深度最近报告的普朗克，假设一个合理的电离光子产生率。我们预测在$z \gtrsim 4$，光度函数应该在$M_{\rm UV} \gtrsim -16$的固有UV光度附近缓慢翻转。我们还表明，在哈勃前沿领域的星系放大$\mathord{>}10\times$，$ψ$ DM预测的数量级比冷暗物质在$z \gtrsim 10$到$M_{\rm UV} \sim -15$少检测，使我们能够区分这些非常不同的解释所观察到的冷暗物质。
2016-01-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
Hubble/COS Observations of the Quasar HE 2347-4342: Probing the Epoch of He II Patchy Reionization at Redshifts z = 2.4-2.9
本文报道了用哈勃太空望远镜（HST）宇宙起源摄谱仪（COS）拍摄的高红移（z_em = 2.9）类星体HE 2347-4342的紫外光谱。G130 M（中等分辨率，1135-1440 A）和G140 L（低分辨率，1030-2000 A）光栅中的光谱在He II的303.78 A（Ly-alpha）线中在z = 2.39-2.87（G140 L）和z = 2.74-2.90（G130 M）之间表现出斑片状的耿-彼得森吸收。与COS，我们得到更好的光谱分辨率，更高的S/N，和更好地确定背景比以前的研究，与丰度分数x_HeII = 0.01的宇宙网丝的敏感性。COS的He II光学深度高于远紫外光谱探测器（FUSE），范围从tau_HeII < 0.02 to tau_HeII >5，平均光学深度恢复缓慢，在z < 2.7时tau < 2。He II/H I光学深度比在Delta z < 0.01的尺度上变化（2.4 < z < 2.73时eta = 10-100，2.75 < z < 2.89时eta = 5-500）（在z = 2.8时，共动径向距离为10.8 Mpc），在1135-1186 A之间有许多通量传输窗口。He II吸收区的能量范围为1186.26 A（z = 2.905），包括z_abs ~ z_QSO的吸收区和He II边缘…
2010-08-17 astro-ph.CO
Emulating Simulations of Cosmic Dawn for 21cm Power Spectrum Constraints on Cosmology, Reionization, and X-ray Heating
目前和即将进行的射电干涉测量实验的目标是对宇宙氢再电离和X射线加热时期的高红移21厘米波动信号进行统计表征。然而，将21 cm统计数据与基础物理参数联系起来是复杂的，因为理论上的挑战是以足够快的计算速度对相关物理进行建模，以探索高维和弱约束的参数空间。在这项工作中，我们使用机器学习算法来构建一个快速仿真器，该仿真器可以在很宽的参数空间内高精度地模拟21 cm信号的昂贵仿真。我们将我们的仿真器嵌入到马尔可夫链蒙特卡罗框架中，使其能够探索大量模型参数的后验分布，包括那些控制再电离时代，X射线加热时代和宇宙学的参数。作为一个工作的例子，我们使用我们的模拟器提出了一个更新的参数约束预测的氢时代的再电离阵列实验，表明其表征的基准21厘米功率谱将大大缩小允许的参数空间的再电离和加热参数，并可能有助于加强普朗克的约束$σ_8$。我们提供了我们的广义仿真器代码和它的实现，特别是21厘米的参数约束作为公开可用的软件。
2017-10-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
Cosmic Microwave Background Constraints in Light of Priors Over Reionization Histories
使用宇宙微波背景数据对再电离历史进行非参数重建或边缘化，必然假定可能的历史具有先验。我们发现，不同但合理的先验选择可以在0.3-0.4 $σ$的水平上改变当前和未来对再电离光学深度$τ$或相关参数（如中微子质量和$Σm_ν$）的约束，即，这种分析在某种程度上是先验依赖的。我们指出了一些与常用的主成分重建相关的问题，得出的结论是，普朗克2015年数据中最近的一些早期再电离暗示的意义被高估了。我们还提出了第一个应用于较新的普朗克中期（2016）数据的非参数重建，并发现早期再电离的暗示在这个更精确的数据集中完全消失。这些结果限制了对EDGES 21 cm信号的可能解释，该信号也会在$z\,{>}\,15$显著地使宇宙再电离。我们的研究结果的依赖先验激励追求改进的数据或搜索物理再电离模型，可以减少先验量。这里关于先验的讨论对于其他非参数重建具有普遍适用性，例如原始功率谱、重组历史或膨胀率的重建。
2018-04-24 astro-ph.CO astro-ph.IM physics.data-an
Deriving the Hubble constant using Planck and XMM-Newton observations of galaxy clusters
通过Sunyaev Zeldovich（SZ）效应在X射线和微波波长下观测星系团，确定哈勃常数的值的可能性早已为人所知。以前的测量一直受到观测数据中相对较大的误差和严重偏差的困扰，例如，由集群三轴性和块状。\textit{Planck}的出现使我们能够映射康普顿参数y，即SZ效应的幅度，在中间星团中心半径处具有前所未有的精度，这反过来又允许与X射线测量进行详细的空间分辨比较。鉴于这种更高质量的观测数据，我们开发了一种贝叶斯方法，该方法结合了从大规模集群的流体动力学模拟中获得的集群内介质物理学的先验知识，具有测量不确定性。我们将我们的方法应用到61个红移z < 0.5的星系团的样本中，用普朗克和XMM-牛顿观测，发现H_0=67 \pm 3 km s^{-1} Mpc^{-1}。
2019-03-25 astro-ph.CO
Late-end reionization with ATON-HE: towards constraints from Lyman-$α$ emitters observed with JWST
本研究利用含氦的GPU辐射转移代码ATON-HE开展晚期再电离模拟，发现基准再电离模型难以匹配JWST在高红移处探测到的大量莱曼α发射，需更早的再电离历史，且该结果与Planck的汤姆逊散射光学深度结果存在张力。
2024-09-10 astro-ph.CO astro-ph.GA
Reconstructing the redshift evolution of escaped ionizing flux from early galaxies with Planck and HST observations
虽然在$6 \lesssim z \lesssim 10$的星系被认为是宇宙再电离的主导时期，电离通量$f_\mathrm{esc}$的逃逸分数和光子产生率$\dot n_γ$从这些星系必须随红移而变化，同时匹配CMB和低红移观测。我们用普朗克2015年测量的汤姆逊光学深度$τ$、普朗克2016年最近的低多极E模式偏振测量、SDSS BAO数据和$3 \lesssim z \lesssim 10$星系观测来约束$f_\mathrm{esc}(z)$和$\dot n_γ(z)$。我们比较不同的星系光度函数校准到HST观测，使用参数和非参数统计方法，边缘化的有效聚块因子$C_\mathrm{HII}$，的LyC生产效率$ξ_\mathrm{ion}$，和时间演化的紫外线限制幅度$dM_\mathrm{SF}/dz$。使用幂律模型，我们发现$f_\mathrm{esc} \lesssim 0.5$在$z=8$与斜率$β\gtrsim 2.0$在$68\%$的信心，几乎没有依赖于星系光度函数或数据，虽然有不可忽略的概率没有红移演化$β\sim 0$或小逃逸分数$f_\mathrm{esc} \sim 10^{-2}$。$f_\mathrm{esc}(z)$的非参数形式随红移显著地演化，分别在$z=6,9,12$处产生$f_\mathrm{esc} \sim 0.2, 0.3, 0.6$。然…
2016-05-12 astro-ph.CO astro-ph.GA
