The wedge bias in reionization 21-cm power spectrum measurements
一个建议的方法来处理前景发射在即将到来的21厘米观测从时代的再电离是限制观测到一个未受污染的窗口在傅立叶空间。以这种方式可以避免前景发射，因为它被限制在$k_{\parallel}, k_{\perp}$空间中的楔形区域。然而，功率谱是各向异性的，由于红移空间的扭曲，从奇特的速度。因此，在前景回避窗口中测得的21 cm功率谱-仅对接近视线方向的有限角度范围进行采样-不同于全球面平均功率谱，全球面平均功率谱需要对\emph{all}角度进行平均。在本文中，我们首次计算了这种“楔形偏差”的大小。我们发现，偏置是最强的高红移，其中使用前景回避测量将高估功率谱约100%，可能模糊了独特的上升和下降的签名，预计为球平均21厘米功率谱。在再电离的后期阶段，偏置变为负值，幅度变小（$\lesssim 20$ %）。这种效应对空间尺度和再电离拓扑结构的依赖性很弱。
2015-11-12 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
What Next-Generation 21 cm Power Spectrum Measurements Can Teach Us About the Epoch of Reionization
目前正在进行一些实验，以测量再电离时期的21厘米信号。无论这些实验是否能探测到宇宙辐射，它们有限的灵敏度都将阻止它们提供有关再电离天体物理学的详细信息。在这项工作中，我们考虑什么类型的测量将使下一代更大的21厘米EoR望远镜。为了计算这种阵列可能的约束类型，我们使用简单的模型的仪器，前景发射，和再电离的历史。我们主要集中在一个仪器建模后的$\sim 0.1~\rm{km}^2$收集区氢时代的再电离阵列（HERA）的概念设计，并参数化的不确定性，前景排放考虑不同的限制，最近描述的“楔形”足迹在k空间。再电离的历史中的unevenness占使用一系列的模拟，不同的电离效率和负责再电离的星系的最低维里温度，以及电离光子通过IGM的平均自由程。鉴于各种组合的模型，我们认为可能的功率谱检测的意义，跟踪功率谱的演变与红移的能力，显着的功率谱特征的可检测性，以及对天体物理参数的定量约束的可实现水平。最终，我们发现，收集区域的$0.1~\rm{km}^2$足以确保即使在最悲观的情况下，再电离功率谱的非常高的显著性（$\gtrsim30σ$）检测。这种灵敏度应允许有意义的约束的再电离的历史和天体物理参数，特别是如果前景减法技术可以改进和成功实施。
2014-09-16 astro-ph.CO
Combined lensed estimator to probe the post reionization H I power spectrum
在后再电离时代，重子聚集成原星系，并最终通过合并和演化演化成现在的星系。在这项工作中，我们讨论了一个可能的探针的统计分布和演变的H I密度在后再电离时代。通过强引力透镜对附近星系团的观测，给出了再电离后宇宙H I功率谱的一个估计。我们还分析计算的不确定性与后EoR功率谱的估计所讨论的估计。我们访问的19个星系团的背景下，透镜的潜力已被估计的各种作者，这个估计的功效。我们发现，通过结合透镜功率谱通过这些集群透镜中的八个，它是可能的估计后再电离H I功率谱在五西格玛意义的角度多极子< 4000的uGMRT观察16 MHz带宽从红移1.25，1.5，共400小时的观察。在相同的设置下，对于3.0的红移，我们需要200小时的总观测时间。估计器还抑制了扩散的银河前景，尽管，后者仍然是整体信号的主要贡献者，因此需要进行估计和减轻。我们讨论的优点和缺点的估计。
2021-08-28 astro-ph.CO
Impact of inhomogeneous reionization on the Lyman-α forest
在高红移处的\lya森林是再电离的一个强有力的探测器。建模和观察这种印记带来了重大的技术挑战：必须考虑到不均匀的再电离，同时能够在再电离之前解决网状小尺度结构。在这项工作中，我们量化的非均匀再电离的影响\lya森林在较低的红移（$2 < z < 4$），即将到来的调查，如DESI将使通量功率谱的精确测量。我们使用两个小盒子模拟能够处理的\lya森林和半数值大盒子模拟的小尺度结构能够代表非均匀再电离的影响。我们发现，不均匀的再电离可以产生可测量的影响\lya森林功率谱。$z_{\rm obs} = 4$和$k = 0.14 \ \rm{Mpc}^{-1}$的3D功率谱的偏差范围为$19 - 36\%$，对后期再电离的影响更大。通过$z_{\rm obs} = 2$，校正减小到$2.0 - 4.1\%$。对1D功率谱的影响较小，范围从$z_{\rm obs}=4$处的$3.3 - 6.5\%$到$z_{\rm obs}=2$处的$0.35 - 0.75\%$，这些值与当前和即将进行的调查中的统计不确定性相当。此外，我们研究如何可以这个系统的约束与21厘米功率谱的四极的帮助。
2019-05-20 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
Contribution to the 2022 Cosmology session of the 56th Rencontres de Moriond: Reionization constraints from HERA 21cm power spectrum limits
我介绍了我们对HERA射电干涉仪21 cm功率谱上限的分析，发表在HERA Collaboration et al. 2022。我们使用最近的限制，以约束再电离和IGM和星系在早期宇宙的属性。我特别关注除了CMB（例如由早期星系产生的）之外的无线电背景的可能性，它可以导致更强的21厘米信号，因此更容易约束。我展示了HERA观测对这些模型和IGM的限制，以及如何与无线电和X射线背景的现有限制进行比较。
2022-03-23 astro-ph.CO
Effect of halo bias and Lyman Limit Systems on the history of cosmic reionization
我们扩展了Furlanetto等人（2004）现有的再电离分析模型，以包括再电离源的偏置和莱曼极限系统的额外吸收。通过构造，我们的模型与观测到的z<8时星系光度函数的演化和观测到的z<6时Ly-α森林的演化是一致的。我们还发现，对于我们认为合理的相对逃逸分数的大范围的值，这是一致的，从较低的红移的相对逃逸分数的观测约束，我们的再电离模型是一致的WMAP约束的汤普森光学深度和SPT和EDGES约束的持续时间的再电离。因此，我们得出结论，有可能开发出与所有现有观测约束一致的物理上现实的再电离模型。
2012-12-06 astro-ph.CO
Probing the Physics of Reionization Using kSZ Power Spectrum from Current and Upcoming CMB Surveys
本研究利用Cross-ILC前景减除技术，结合当前及未来CMB巡天的kSZ功率谱测量，可在无τ先验下严格约束再电离参数，结合LiteBIRD数据能实现对再电离中点和持续时间的高精度CMB测量，凸显宽多极kSZ探测的重要性。
2024-03-12 astro-ph.CO
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
Probing reionization with the cross power spectrum of 21 cm and near-infrared radiation backgrounds
高红移星系际介质的21 cm辐射与高红移星系的近红外背景光之间的互相关有望成为宇宙再电离的有力探测器。本文研究了再电离阶段的互功率谱。我们采用改进的晕方法导出了密度场的分布，并考虑了恒星形成模型中的两种恒星星族：无金属星和贫金属星。再电离的历史进一步产生一致的电子散射光学深度从宇宙微波背景测量。然后通过收集第一个亮星系中恒星的辐射来估计近红外背景的强度。在大尺度上，我们发现在再电离的早期阶段，21厘米和近红外辐射背景是正相关的。然而，这两个辐射背景迅速成为反相关的再电离进行。当电离氢的平均分数为$\bar{x}_{i}\sim0.9$时，在$\ell\sim1000$处达到的互功率谱的最大绝对值为$|Δ^2_{\rm{21,NIR}}|\sim10^{-4}$ mK nW $\rm{m}^{-2}$ $\rm{sr}^{-1}$。我们发现，SKA可以测量21厘米近红外交叉功率谱与温和的扩展现有的CIBER调查，提供的集成时间独立地加起来为1000和1小时的21厘米和近红外观测，和天空覆盖CIBER调查的分数从$4\times10^{-4}$扩展到0.1。测量作为红移函数的互相关信号提供了关于再电离的有价值的信息，并有助于确认“丢失”的近红外背景的来源。
2014-07-17 astro-ph.CO
Measuring the reionization 21 cm fluctuations using clustering wedges
使用红移21厘米线探测再电离时期的主要挑战之一是信号的幅度比天体物理前景小几个数量级。处理该问题的方法之一是避免傅立叶$k_{\perp} - k_{\parallel}$空间中包含来自频谱平滑前景的信号的楔形区域。然而，仅使用该楔形之外的模式（即，在再电离窗口中），导致偏置。我们提供了一个处方，基于扩展的功率谱的移位勒让德多项式，它可以用来计算角矩的功率谱中的再电离窗口。该处方需要使用所考虑的理论模型以及$k_{\perp} - k_{\parallel}$平面中前景楔形的有效范围的知识来计算功率谱的四极矩、四极矩和十六极矩。然后可以计算窗口中的理论功率谱，可以直接与观测结果进行比较。分析应避免使用21厘米功率谱数据的参数约束中的任何偏差的影响。
2018-06-22 astro-ph.CO
Forecast for the detectability of patchy hydrogen reionization in WEAVE-QSO measurements of the Lyman-$α$ forest power spectrum at redshift $z \geq 4$
The University of Nottingham（诺丁汉大学）；University of Hertfordshire（赫特福德大学）；Indian Institute of Technology Indore（印度理工学院印多尔分校）；Aix Marseille Université（艾克斯-马赛大学）；Università degli Studi di Milano-Bicocca（米兰比可卡大学）；Camosun College（卡莫森学院）；IUCAA（印度天体物理与宇宙学研究与教学中心）；INAF - Osservatorio Astronomico di Brera（意大利国家天体物理研究所布拉耶天文台）
本研究预测WEAVE-QSO巡天的一维莱曼α森林功率谱测量，可在z≥4时以约4.5σ显著性直接探测并表征斑块状氢再电离的大尺度残余印记。
2026-11-03 astro-ph.CO
LOFAR insights into the epoch of reionization from the cross power spectrum of 21cm emission and galaxies
利用N体模拟、半解析模型和辐射转移计算相结合的方法，我们估算了星系间的互功率谱和中性氢再电离时期的21 cm辐射。与以往的研究结果相一致，我们发现21 cm辐射在大尺度（> 30 Mpc）上与晕有初始相关，在中等尺度（~ 5 Mpc）上与晕反相关，在小尺度（< 3 Mpc）上与晕不相关。随着再电离的进行，这幅图像很快发生变化，两个场在大尺度上变得反相关。互功率谱的归一化可以用来对星系际介质中的平均中性分数设置约束，其形状可以作为研究再电离拓扑的工具。当我们应用一个辍学的技术来选择星系，并添加到21厘米的信号的噪声预期从LOFAR望远镜，我们发现，虽然归一化的交叉功率谱仍然是一个有用的工具，探测再电离，它的形状变得太嘈杂的信息。另一方面，对于Lyalpha Ehrman（LAE）调查，归一化和互功率谱的形状都是再电离的合适探针。仔细观察一个具体的计划LAE观测计划使用斯巴鲁超超级凸轮揭示了对强度的21厘米信号在计划的红移的关注。如果z ~ 7处的电离分数低于这里估计的分数，那么使用互功率谱可能是一个有用的练习，因为在较高的红移和中性分数下，它能够区分两个具有不同拓扑结构的玩具模型。
2013-04-24 astro-ph.CO
Impact of general reionization scenarios on extraction of inflationary parameters
确定原始标量扰动的Harrison-Zel'dovich谱是否与观测一致，对再电离方案的假设很敏感。鉴于这一结果，我们重新审视使用更一般的再电离情景的通货膨胀模型的约束。虽然张量-标量比的界限在很大程度上没有改变，但当处理不同的再电离方案时，混合模型又回到了暴胀游戏中。在一般的再电离图象中，我们重建了暴胀子势的形状和振幅。当放松简单的再电离限制时，我们发现了更广泛的潜在形状。的上限$10^{16}$ GeV的电位的振幅被发现，无论再电离的历史上的假设。
2010-09-28 astro-ph.CO
Lyman Alpha Emitters and the 21cm Power Spectrum as Probes of Density-Ionization Correlation in the Epoch of Reionization
由于Ly $α$光子与氢的大截面，莱曼α发射体（LAEs）在再电离时期（EoR）对星系际介质（IGM）中中性氢的存在很敏感：在宇宙历史中，IGM中的中性氢被电离。在IGM相对于底层的内在LAEs的电离区域的相关性有显着的效果上观察到的LAEs的数量和它们的明显聚类。因此，在EoR期间LAE的观测可以用作EoR形态的探针。在这里，我们建立在以前的作品，我们参数化的密度电离相关性在EoR，并研究如何观察到的数密度和角关联函数（ACF）的LAEs依赖于此参数化。使用斯巴鲁测量的数密度的LAE和他们的ACF在z = 6.6，我们把限制的EoR形态。我们发现，在z = 6.6单独LAEs的测量不能区分不同的密度电离模型在$68\%$的可信度。然而，添加信息的数量密度，和ACF，LAE在$z = 6.6$到21厘米功率谱测量使用氢时代的再电离阵列（HERA）在再电离的中点可以排除不相关和外向内再电离在$99\%$的可信度。
2021-05-07 astro-ph.CO
Light cone effect on the reionization 21-cm power spectrum
在再电离时期（EoR）的中性氢红移21厘米辐射的观测被认为是构成最有前途的工具，以探测该时代。第一代低频射电望远镜的主要目标之一是测量3D 21厘米功率谱。然而，21-cm信号可以基本上沿着观察到的3D体积的视线（LOS）方向演变，因为来自横向于LOS的不同平面的接收信号源自不同的回顾时间，因此可以是统计上不同的。使用数值模拟，我们调查这个所谓的光锥效应的球平均3D 21厘米功率谱。对于这个版本的功率谱，我们发现，效果主要是“平均”，并观察到一个较小的变化相比，在平均21厘米信号的演变量和沿LOS方向的均方根变化的功率谱。尽管如此，在大规模上高达50%的变化是可能的。一般来说，当包括该效应时，在大/小尺度上增强/抑制功率。当再电离进行时，在其以下/以上的功率被增强/抑制的交叉模式向更大的尺度移动。当考虑到3D功率谱，我们发现它是各向异性的后期阶段的再电离和大尺度。这种效应主要是由再电离过程中氢的电离分数的演变，包括特殊的速度几乎没有改变这些结论。我们提出了简单的分析模型，定性地解释了我们在模拟中看到的所有功能。
2012-07-09 astro-ph.CO
A simulation calibrated limit on the HI power spectrum from the GMRT Epoch of Reionization experiment
GMRT再电离时期（EoR）实验是一项正在进行的测量中性氢在高红移下的功率谱的努力。我们以前曾用基本的分段线性前景减法在波数k=0.65 h/Mpc时报告过上限为（70 mK）^2。在本文中，我们探讨了使用奇异值分解，以消除前景与较少的假设前景结构。使用这种方法，我们还首次量化了由于前景滤波器而造成的信号损失，并提出了针对这种损失进行调整的新功率谱，提供了在k=0.50 h/Mpc时2 σ上限为（248 mK）^2的修正测量值。虽然这一修订后的限制比以前报道的要大，但我们认为它更稳健，仍然代表了z=8.6时再电离的最佳电流约束。
2013-05-13 astro-ph.CO
Reionization constraints on primordial magnetic fields
研究了原初磁场引起的额外密度涨落对红移范围内再电离历史的影响：$6 < z < 10$。我们进行了一个全面的MCMC物理分析，允许原始磁场（强度，$B_0$，功率谱指数$n_{\scriptscriptstyle \rm B}$），再电离，和$Λ$ CDM宇宙学模型相关的参数的变化。我们发现，磁场强度范围：$B_0 \simeq 0.05{-}0.3$ nG（近无标度功率谱）可以显着改变再电离历史在上述红移范围内，可以缓解之间的紧张关系WMAP和类星体的吸收光谱数据。我们的分析对磁场强度$B_0 < 0.358, 0.120, 0.059$ nG（95% c.l.）对于$n_{\scriptscriptstyle \rm B} = -2.95, -2.9, -2.85$。这些代表了其他宇宙学观测中最强的磁场约束。
2015-05-11 astro-ph.CO
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
Variation in the escape fraction of ionising photons from galaxies and the redshifted 21-cm power spectrum during reionization
观测到的红移21厘米波动的功率谱已知对驱动再电离的星系的天体物理性质敏感。因此，对21厘米功率谱及其演化的详细测量可能会导致对早期星系性质的测量，否则无法获得。本文利用红移21厘米功率谱研究了依赖于质量和红移的电离辐射逃逸分数对未来实验约束星系形成能力的影响。我们使用的再电离模型相结合的层次星系形成模型GALFORM内实现的千禧-II暗物质模拟，半数值方案来描述所产生的电离结构。使用这个模型，我们表明，在固定的中性分数的电离区域的结构和分布，因此，21厘米功率谱的斜率和振幅，是依赖于电离光子逃逸分数与星系质量和红移的变化。然而，我们发现在高红移星系中，未知逃逸分数及其演化的影响小于SNe反馈强度所提供的主导天体物理效应。因此，未知的星系电离辐射逃逸分数不太可能阻止使用21厘米功率谱观测测量高红移恒星形成的性质。
2013-03-12 astro-ph.CO
The Structure of Reionization in Hierarchical Galaxy Formation Models
了解再电离的时代和第一个星系的性质是现代宇宙学的一个重要目标。再电离的结构，以及由此观测到的红移21厘米波动的功率谱，已知对驱动再电离的星系的天体物理性质敏感。因此，对21厘米功率谱及其演化的详细测量可能会导致对早期星系性质的测量，否则无法获得。本文在详细的星系形成模型的基础上，对再电离过程中的电离结构和21厘米功率谱进行了预测。我们结合了半解析GALFORM模型内实现的千禧-II暗物质模拟，半数值方案来描述由此产生的电离结构。使用这些模型，我们表明，SNe和辐射反馈的细节影响电离区域的结构和分布，因此21厘米功率谱的斜率和振幅。这些结果表明，即将到来的21厘米功率谱测量可以用来揭示早期星系形成的细节。我们发现，SNe反馈的强度是支配结构的再电离过程中的演变的主导作用。特别是，我们表明SNe反馈是更重要的辐射反馈，我们发现它的存在并不影响无论是总恒星质量或整体电离光子预算。因此，如果SNe反馈是有效的抑制恒星形成在高红移星系，我们发现，光电离反馈不会导致自我调节的再电离过程中一直认为。
2012-10-15 astro-ph.CO
CMB constraints on a physical model of reionization
我们研究允许再电离历史的约束条件，通过比较预测的物理半数值模型与二次温度和极化各向异性的宇宙微波背景（CMB）。我们的模型有四个自由参数表征电离效率$ζ$和最小质量$M_{\mathrm{min}}$的晕，可以产生电离辐射的演变。将模型预测与目前可用的光学深度$τ$和运动学Sunyaev-Zeldovich信号数据进行比较，我们发现我们已经可以排除参数空间的一个重要区域。我们限制了再电离$Δz=1.30^{+0.19}_{-0.60}$的持续时间（$99\%$ C.L.的$Δz < 2.9$），这是对参数最严格的限制之一。这些限制条件略微有利于$M_{\mathrm{min}} \gtrsim 10^9 \mathrm{M}_{\odot}$（在$68\%$ C.L.）在$z \sim 8$，从而表明存在再电离反馈。我们的分析提供了在$99\%$ C.L.处的二次$B$模式振幅$D_{l=200}^{BB}<18$ nK $^2$的上限。我们还研究了如何在即将到来的空间和地面CMB任务中进一步收紧限制。我们的研究仅依赖于CMB数据，不仅对即将到来的CMB探测原始引力波的调查有影响，而且对红移21 cm的研究也有影响。
2020-11-16 astro-ph.CO
Characterizing the Epoch of Reionization with the small-scale CMB: constraints on the optical depth and physical parameters
斑片状再电离在小尺度宇宙微波背景（CMB）温度波动上留下了许多印记，其中最大的是运动学Sunyaev-Zel'dovich（kSZ），CMB光子在电离气泡中散射运动电子的多普勒频移。人们早就知道，在CMB功率谱中，这种再电离的印记在很大程度上与晚期星系和星系团产生的kSZ信号退化，从而限制了我们约束再电离的能力。在Smith & Ferraro（2017）之后，通过观察小尺度CMB功率谱的大尺度调制，可以以独立于模型的方式隔离再电离贡献。在本文中，我们扩展的形式主义使用的小尺度功率谱（而不仅仅是其宽带平均）的完整形状信息，并认为这是必要的，以打破光学深度$τ$和参数设置的再电离的持续时间之间的简并性。特别是，我们表明，下一代的CMB实验可以实现光学深度$τ$的3倍的改善，并在同一时间，限制再电离的持续时间为$\sim$ 25%。这有助于加强对中微子质量的限制，这将受到我们对$τ$的知识的限制，并揭示了负责再电离的物理过程。
2018-03-19 astro-ph.CO
Revealing reionization with the thermal history of the intergalactic medium: new constraints from the Lyman-$α$ flux power spectrum
本文利用$4.0\lesssim z\lesssim5.2$的Lyman-$α$森林通量功率谱对星系际介质（IGM）再电离期间和再电离后的热历史进行了新的研究。使用15个高分辨率光谱的样本，我们测量了这些红移（$-1\lesssim \log(k/$ km $^{-1}$ s）（$\lesssim -0.7$）的通量功率，直到最小尺度。这些尺度对IGM的瞬时温度和再电离期间和之后每单位质量注入的总能量都非常敏感。我们测量的温度在平均密度$T_{0}\sim7000$-8000 K，符合没有显着的温度演变的红移$4.2\lesssim z\lesssim5.0$。我们还提出了第一个观测约束的综合IGM的热历史，发现每单位质量的总能量输入增加从$u_{0}\sim4.6$ ${\rm eV}$ $m_{\rm p}^{-1}$到7.3 eV $m_{\rm p}^{-1}$从$z\sim 6$到$4.2$假设的$Λ$ -CDM宇宙学。我们展示了如何可以同时使用这些结果来获得信息的时间和来源的再电离过程。我们的第一个概念证明，使用简单的模型瞬时再电离产生的结果与最近的普朗克约束，有利于模型与$z_{\rm rei}\sim 8.5^{+1.1}_{-0.8}$。
2019-01-31 astro-ph.CO
Inhomogeneous Reionization Models in Cosmological Hydrodynamical Simulations
在这项工作中，我们提出了一种新的混合方法来模拟宇宙流体动力学模拟中的再电离热效应。该方法改进了用于星系际介质（IGM）和星系形成的模拟的标准方法，而没有显着增加的计算成本，允许有效的探索参数空间。该方法使用了一个小的唯象输入参数集，并结合了半数值再电离模型，以解决拓扑结构的再电离和再电离加热IGM的近似模型，与大规模并行\texttt{Nyx}流体动力学代码，专门设计用于解决扩散IGM气体的结构。我们已经产生了几个大规模的高分辨率宇宙学流体动力学模拟（$2048^3$，$L_{\rm box} = 40$ Mpc/h）与不同的瞬时和非均匀HI再电离模型，使用这种新的方法。我们研究了这些模型的IGM热性质，发现大尺度的温度波动远远超出了再电离结束。分析这些模型的一维通量功率谱，我们发现$\sim 50\%$的大尺度属性（低模式，$k\lesssim0.01$ s/km）的后再电离功率谱的差异，由于热涨落。我们表明，这些差异可以让人们区分不同的再电离方案已经与现有的LY $α$森林测量。最后，我们探讨的差异，在小尺度截止功率谱，我们发现，对于相同的热输入，模型显示出非常好的协议，提供的瞬时再电离模型的再电离红移发生在中点的非均匀模型。
2019-06-07 astro-ph.CO
Impact of reionization history on constraining primordial gravitational waves in future all-sky cosmic microwave background experiments
本文研究了再电离历史不确定性对全天CMB偏振实验限制原初引力波的影响，发现利用大尺度E模功率谱可排除导致偏差的再电离场景，从而确保PGW限制的稳健性。
2024-12-25 astro-ph.CO
Reionization constraints using Principal Component Analysis
利用Choudhury & Ferrara（2005）开发的半解析模型，我们通过主成分分析（PCA）研究了再电离的观测约束。假设z>6时的再电离主要是由恒星源驱动的，我们将未知函数N_{ion}（z）分解成其主分量，并利用Ly-alpha forest Gunn-Peterson光学深度得到的光电离率约束后者，其中N_{ion}（z）代表坍缩天体中每个重子IGM中的光子数，在z \sim 3.5处的WMAP 7电子散射光学厚度和莱曼极限系统的红移分布。我们的分析的主要发现是：（i）它是足够的模型N_{ion}（z）在红移范围2<z<14使用5个参数提取的最大信息包含在数据中。(ii)所有与再电离有关的量都可以被严格限制，因为z <6 because of a large number of data points whereas constraints at z>6是相对宽松的. (iii)在z>6处对N_{ion}（z）的弱约束不允许将不同的反馈模型与当前数据分开。有一个明确的指示，N_{ion}（z）必须增加在z>6，从而排除了再电离的单一恒星星族与非演变的IMF，和/或恒星形成效率，和/或光子逃逸分数。该数据允许非单调的N_{ion}（z），其可以包含z周围的尖锐特征\sim 7。(iv)PCA意味着在5.8<z<10.3（95%置信水平）之间必须完成…
2010-12-20 astro-ph.CO
Using strong gravitational lensing to probe the post reionization \HI power spectrum
利用红移的21厘米超精细跃迁谱线探测中性氢（\HI）的统计分布是理解宇宙中物质密度形成和演化的关键。\HI分布的两点统计量可以通过使用可见度相关测量红移的21厘米信号的功率谱来估计。在这方面的一个主要挑战是，预期的信号是微弱的前景相比，从银河系同步辐射和河外点源的观测频率的贡献。在这项工作中，我们探讨了利用星系团的强引力透镜探测红移21厘米信号的功率谱的可能性。这种方法的优点是，它只增强了\HI信号，而不是弥漫的银河前景。基于四个简单的模型的集群潜力，我们表明，强透镜在相对较低的红移与一个以上的暗物质晕显着增强21厘米的信号从后再电离时代。我们讨论的优点和缺点的方法和未来的研究需要进一步调查。
2020-08-21 astro-ph.CO
The large-scale 21-cm power spectrum from reionization
无线电干涉仪，如低频阵列和未来的平方公里阵列，正试图测量球平均21厘米功率谱从时代的再电离。因此，了解在每个长度尺度上影响功率谱的主要物理过程对于解释任何未来的检测至关重要。我们研究的21厘米功率谱的分解和量化的演变，其组成条款的一组数值和半数值模拟的体积$(714~\mathrm{Mpc})^3$，专注于大尺度与$k\lesssim 0.3$ ~Mpc $^{-1}$。我们发现，在宇宙的$\sim 10$ %被电离后，21厘米的功率谱遵循中性氢涨落的功率谱，而中性氢涨落本身超过一定的尺度后遵循物质的功率谱。因此，信号有两个制度的形式，其中大规模的信号是一个偏置版本的宇宙密度场，和小规模的功率谱是由天体物理学的再电离。我们构造了一个偏置参数来研究大尺度21厘米信号与宇宙学密度场之间的关系。我们发现，尺度无关和尺度相关的偏置制度之间的过渡尺度是直接相关的电离光子的平均自由程（$λ_{\mathrm{MFP}}$）的值，其特征在于由经验公式$k_{\mathrm{trans}} \approx 2/λ_{\mathrm{MFP}}$。此外，我们表明，平均自由程效应的数值实现有显着的影响，这种过渡的形状。最值得注意的是，如果平均自由程效应被实现为吸收过程而不是势垒，则过渡更加渐进。
2022-05-05 astro-ph.CO
The High-Redshift Neutral Hydrogen Signature of an Anisotropic Matter Power Spectrum
在高红移氢的21厘米辐射中，各向异性的功率谱将有一个清晰的特征。我们计算出预期的功率谱的强度波动中性氢从再电离的时代之前，并预测未来的实验可以约束功率谱中的四极各向异性的准确性。我们发现，平方公里阵列将有边缘检测能力，这个信号在z~17，如果再电离的过程还没有开始，再电离可以大大提高可检测性。推动更高的红移和更高的灵敏度将允许高精度（百分比水平）的各向异性测量。
2011-08-02 astro-ph.CO
Joint QSO-CMB constraints on reionization history
在Mitra，Choudhury & Ferrara（2010）工作的基础上，通过将坍缩天体中每个重子进入IGM的光子数（N_{ion}（z））分解为主分量，我们从宇宙微波背景（CMB）和类星体吸收线数据中获得了与模型无关的再电离约束条件。本文的主要补充是，对于CMB数据集，我们在分析中明确地包括了TT、TE和EE模的角功率谱C_1，这似乎比把电子散射光学厚度tau_{el}作为单个数据点包含更多的信息。利用马尔可夫链蒙特卡罗方法，我们发现，所有的量有关的再电离可以严格限制在z < 6 whereas a broad range of reionization histories at z >6仍然是允许的，目前的数据集。根据WMAP 7的当前可用数据，我们将0.080 < tau_{el} < 0.112（95% CL）限制为，并且还得出结论，在9.0 < z（Q_{HII} = 0.5）< 11.8（95% CL）之间，再电离完成50%，在5.8 < z（Q_{HII} = 0.99）< 10.4（95% CL）之间，再电离完成99%。随着即将到来的关于大尺度极化的普朗克数据（忽略前景的影响），z > 6约束将得到相当大的改善，例如，tau_{el}的2 σ误差将减小到0.009，z（Q_{HII} = 0.5）和z（Q_{HII} =…
2011-09-26 astro-ph.CO
Stochasticity in the 21cm power spectrum at the epoch of reionization and cosmic dawn
21厘米中性氢谱线很可能是未来几十年研究再电离和喜剧黎明时代的关键探测器。这一前景刺激的理论基础模拟这条线的功率谱的发展。由于即将到来的射电望远镜在高红移时的光束尺寸，大多数理论模型都集中在几个同动百万秒差距以上的尺度上的不均匀性。因此，较小的尺度往往被忽略，并与近似的子网格模型建模。在这项研究中，我们探讨是否小尺度上的扰动（$\lesssim 1h^{-1}\mathrm{Mpc}$）可以影响21厘米的信号在更大的尺度上。两个不同的机制进行了讨论。首先，我们表明，在宇宙黎明小尺度扰动调节的形成时间的第一莱曼α发射体（LAE），因此耦合的自旋和动力学温度的时间。由于LAE的低数密度，耦合的不均匀性包括散粒噪声，并在观察到的21厘米功率谱中表现出来。第二种机制在再电离过程中起作用，此时电离的气泡活跃地生长和重叠。小尺度扰动影响星系的性质和合并历史，从而影响每个星系产生的电离光子的数量。电离光子将星系尺度的扰动带到电离锋尺度，影响21厘米功率谱。我们的结论是，这两个影响引入随机性的潜在观察到的21厘米功率谱，而且，可能会给另一个角度的物理学的第一个星系。
2017-09-13 astro-ph.CO
Power spectrum multipoles and clustering wedges during the Epoch of Reionization
Institute for Astronomy, The University of Edinburgh（爱丁堡大学天体物理研究所）
研究利用21厘米巡天在电离纪元中功率谱聚类楔作为总结统计量的可行性，通过SKA低频观测模拟发现，多极功率谱在聚类楔中能提高参数推断精度，达到百分级精度。
2024-10-30 astro-ph.CO
Optical depth to reionization from perturbative 21cm clustering
光学厚度$τ$是宇宙学标准模型中最不确定的参数，其精确值对于理解再电离和从宇宙学测量中推断基础物理都很重要。我们预测如何以及未来时代的再电离实验可以约束$τ$使用基于对称性的偏置扩展，突出了在大尺度上的功率谱各向异性发挥的特殊作用。由于更详细的再电离模拟的物理行为的启发，给出了电离演化的参数模型，我们发现，未来的21厘米实验可能会对再电离的时间和持续时间施加严格的约束，因此对$τ$的约束与建议的竞争，空间，空间基于CMB的任务，只要他们能测量$k\approx 0.1\,h\,\text{Mpc}^{-1}$，在跨越再电离最活跃时期的红移上有一个干净的前景楔形，对应于电离分数$0.2 \lesssim x \lesssim 0.8$。利用下一代21 cm测量显著改进现有基于CMB的测量将需要比标准$\mathcal{O}(1000 \,\,\text{hour})$积分时间长得多的观测时间（$\sim5$年）。在更好地理解再电离的天体物理学之前，小尺度的精确测量不会改善对$τ$的约束。在噪声和前景的存在下，即使是未来的21厘米实验将努力约束$τ$，如果电离演化明显偏离简单的参数形式。
2022-10-03 astro-ph.CO
Primordial magnetic field constraints from the end of reionization
早期宇宙中产生的原始磁场是大量研究的主题，并且需要对其强度的观测限制来约束理论。由于它们对再电离过程的影响，原始场的强度可以使用最新的再电离数据和观测到的高红移星系的紫外光度函数来限制。由于光度函数的暗端斜率很陡，暗星系贡献了大量的电离光子，而低光度截止对总预算有影响。来自原始磁场的磁压通过阻止质量低于10^{10} M_solar（B_0 / 3 nG）^[3]的晕的坍缩来影响这种截止，其中B_0是同向移动的磁场强度。在这封信中，这些效应的影响始终纳入一个简化的模型再电离，由于宇宙学参数，再电离参数和观测到的紫外光度函数的不确定性得到解决。我们发现在z \sim 7处观察到的电离度导致B_0 \lsim 2- 3 nG的最强上限。在z>7处的高电离度的测量可以遵循更强的限制。
2011-09-24 astro-ph.CO
Contribution of Cross-Correlations to the 21cm Angular Power Spectrum in the Epoch of Reionization
中性氢21厘米超精细跃迁的测量为再电离时代和黑暗时代提供了独特的探测手段。三个主要的机制被认为是主导辐射过程：从第一个星系和/或类星体的电离气泡周围的中性氢发射，从迷你晕内的中性氢发射，以及对宇宙微波背景的扩散中性氢的吸收。在目前的工作中，通过简单地结合现有的三种机制的分析模型，我们调查这三个组件之间的互相关的贡献，总的21厘米角功率谱，在这个意义上说，中性氢与不同的辐射过程跟踪的大尺度结构的底层密度扰动。虽然包含互相关后的21 cm功率谱几乎保持不变，但在红移z~20处，21 cm辐射从发射主导相位过渡到吸收主导相位期间，互相关可能在21 cm功率谱的确定中起关键作用。预计在此过渡期间的21厘米角功率谱的显着抑制扩散中性氢的吸收和发射组件之间的互相关的负贡献的结果。因此，准确地预测宇宙21厘米功率谱应该考虑互相关，特别是在过渡阶段。
2009-11-24 astro-ph.CO
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
Testing the scale-dependent hemispherical asymmetry with the 21-cm power spectrum from the epoch of reionization
在早期宇宙中，半球功率不对称性是对宇宙学的一个新挑战。虽然宇宙微波背景（CMB）的测量表明，在CMB尺度$k_{\rm CMB}\simeq 0.0045\,{\rm Mpc}^{-1}$的不对称振幅$A \simeq 0.07$，高红移类星体的观测发现没有显着偏离统计各向同性。这种冲突可以在一些尺度依赖的不对称模型中得到调和。受多速暴胀模型的启发，提出了一种新的尺度依赖非对称功率谱参数化方法。从再电离时代的21厘米功率谱可以用来约束尺度依赖的半球不对称性。我们证明了一个最佳的，多频观测的平方公里阵列（SKA）第2阶段可以施加一个约束的功率不对称异常的幅度在$ΔA \simeq 0.2$的水平在$0.056 \lesssim k_{\rm 21cm} \lesssim 0.15 \,{\rm Mpc}^{-1}$。这个极限可以进一步提高一个数量级，作为$ΔA \simeq 0.01$与宇宙方差有限的实验，如Omniscope。
2019-06-07 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
Distinguishing standard reionization from dark matter models
威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）实验已经探测到$5.5 σ$水平的再电离，并报告了平均光学深度为$0.088 \pm 0.015$。大角度$EE$偏振功率谱是再电离的一个强有力的探测器，它现在（从WMAP的第一个五年数据开始）是$2\le l \le6$的宇宙方差限制。在这里，我们考虑部分再电离引起的WIMP暗物质湮灭，并计算预期的偏振功率谱。我们比较了暗物质模型与标准的2步再电离理论，并研究是否可以区分使用当前和未来的CMB观测模型。我们认为暗物质湮灭在中间红移（$z<60$）由于晕，以及湮灭在较高的红移由于自由粒子。为了研究高红移暗物质湮灭对CMB功率谱的影响，必须考虑复合后剩余电子对电离历史的贡献。红移$z<60$处的暗物质晕影响$EE$功率谱中的低多极$l<20$，而高红移$z>100$处的自由粒子暗物质的湮灭主要影响多极$l>10$。
2010-06-11 astro-ph.CO
A lower limit of dz > 0.06 for the duration of the reionization epoch
对早期宇宙中氢原子21厘米谱线的观测直接探测了星系间气体再电离的历史。然而，观测是具有挑战性的，因为预期的信号强度较低（~10 mK），并且受到银河系和河外连续谱源中强（>100 K）前景同步辐射的污染。如果再电离发生得很快，那么在全天光谱中，在平滑的前景上应该有一个特征性的可见信号。在这里，我们报告了一个在100和200 MHz之间的全天空光谱，对应于21厘米线的红移范围6 < z < 13。数据排除了在95%置信水平下dz < 0.06的快速再电离时间尺度。
2012-09-05 astro-ph.CO
Using Neural Emulators and Hamiltonian Monte Carlo to constrain the Epoch of Reionization's History with the Ly$α$ Forest Power Spectrum
University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；Max-Planck-Institut für Astrophysik（马克斯·普朗克天体物理学研究所）；The Ohio State University（俄亥俄州立大学）；Leiden University（莱顿大学）；University of Washington（华盛顿大学）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）
本研究利用神经模拟器和哈密顿蒙特卡洛方法，通过Lyα森林功率谱约束重离子化时期的史实，展示了高精度参数估计的潜力。
2025-09-16 astro-ph.CO
Cosmological forecast of the 21-cm power spectrum using the halo model of reionization
21厘米再电离功率谱是宇宙学和基础物理学的一个很有前途的探测器。然而，利用这种新的可观测性，需要快速的预测器能够有效地扫描非常大的宇宙学和天体物理学的不确定性的参数空间。在本文中，我们介绍了晕模型的再电离（HMreio），一个新的分析工具，结合了晕模型的宇宙黎明与重叠设置的气泡模型的再电离，假设一个经验的校正因子来处理重叠的电离气泡。首先，HMreio验证结果从著名的半数值代码21厘米FAST，显示了良好的整体协议的波模式的$k\lesssim 1$ h/Mpc。基于这一结果，我们进行了蒙特卡洛马尔可夫链（MCMC）预测分析，假设模拟数据从1000小时的观测与低频部分的平方公里阵列（SKA）天文台。我们同时改变了六个标准的宇宙学参数与七个天体物理滋扰参数量化的丰度和光谱特性的来源。根据假设的理论误差，我们发现非常有竞争力的宇宙学参数的限制。特别是，它将有可能最终测试目前的宇宙学张力与哈勃参数（$H_0$ -张力）和物质集群的振幅（$S_8$ -张力）。此外，中微子质量的总和可以受到很强的约束，使得在$\sim 90$百分比置信水平下确定中微子质量等级成为可能。然而，只有将当前的建模不确定性大幅降低至低于$\sim 3$ %，才能实现这些目标。
2023-02-13 astro-ph.CO
The Impact of ionization Morphology and X-ray Heating on the Cosmological 21cm Skew Spectrum
本文利用MERAXES模拟计算21厘米信号偏度谱，研究X射线加热和再电离的非高斯特征，发现归一化偏度谱在再电离中后期出现与电离拓扑和中性岛相关的波谷与峰值，并可由SKA_LOW探测。
2024-02-27 astro-ph.CO
Constraining reionization using 21 cm observations in combination with CMB and Lyman-alpha forest data
在本文中，我们将探讨由莱曼α森林和CMB目前的观测提供的再电离历史的约束。而不是使用一个特定的半解析模型，我们采取的新方法参数化的电离源与任意函数，并进行似然分析，以约束可能的再电离的历史。我们发现模型独立的结论，再电离很可能是大部分完成的z=8和IGM是50%电离在z=9-10。即将到来的红移21厘米中性氢谱线的低频观测预计将对6<z<12的氢中性部分进行更好的约束。我们使用我们的再电离的历史上的约束来预测可能的振幅的21厘米功率谱，并表明，最高的信噪比的意见将最有可能在频率对应于z=9-10。这一结果为即将进行的21 cm观测提供了重要指导。最后，我们评估的影响，中性分数的测量将对我们的知识的再电离和早期源人口。我们的研究结果表明，一个单一的测量中性分数中途通过再电离时代将显着提高我们的知识，整个再电离的历史。
2009-08-26 astro-ph.CO
Possible evidence for a large-scale enhancement in the Lyman-$α$ forest power spectrum at redshift $\mathbf{\textit{z}\geq 4}$
非均匀再电离在大尺度上增强了$z\geq4$红移处的一维Lyman-$α$森林功率谱.这是由于电离氢部分的相干波动引起的大规模的变化后再电离气体温度，随着气体冷却而消退。因此，有可能利用这些残余涨落来约束波数为$\log_{10}(k/{\rm km^{-1}\,s})\lesssim -1.5$的功率谱的非均匀再电离。我们使用Sherwood-Relics混合辐射流体动力学模拟套件对$4.0\leq z \leq 4.6$的新Lyman- $α$森林功率谱测量进行了首次分析。这些数据延伸到波数$\log_{10}(k/{\rm km^{-1}\,s})\simeq -3$，相对不确定度为$10$ -每个波数箱中的$20$ %。我们的分析返回一个$2.7σ$偏好的增强莱曼- $α$森林功率谱在大尺度上，超过预期的空间均匀的紫外线背景。这种大规模的增强可能是一个签名的不均匀再电离，虽然这些数据的统计精度还不足以获得一个强大的检测遗物后再电离波动。我们表明，未来的功率谱测量的相对不确定性为$\lesssim 2.5$ %，应提供明确的证据，在大尺度上的功率谱增强。
2023-03-09 astro-ph.CO
Assuming Ionization Equilibrium and the Impact on the Lyman-$\mathrmα$ Forest Power Spectrum during the End of Reionization at $8 \geq z \geq 5$
利用宇宙辐射流体动力学\textsc{Technicolor Dawn}模拟方法研究了电离平衡假设对氢再电离末期星系际介质的影响。在中性和部分电离区，那里的超星系紫外线背景（UVB）是弱的，电离时标$t_\mathrm{ion}\equiv Γ^{-1}$超过哈勃时间。假设在这样的区域中的光电离平衡人为地提高了电离率，加速了再电离。与此相反，复合时间$t_\mathrm{rec} < t_\mathrm{ion}$在光电离区，结果，假设光电离平衡人为增加中性氢的分数。利用$8 \geq z \geq 5$之间的快照，我们比较了有和没有电离平衡假设的预测的莱曼- $α$森林通量功率谱。小尺度（$k > 0.1$ rad s km $^{-1}$）在电离平衡情况下显示出从$7 \leq z \leq 5.5$降低的功率，而较大尺度不受影响。这是由于相同的原因：电离平衡人为地抑制了自保护气体中的中性部分，并增强了空隙中的电离，抑制了电离场的小尺度波动。当体积平均中性分数下降到低于$10^{-4}$时，Lyman-$α$森林（LAF）上的非平衡电离特征消失。与最近的观测结果比较表明，这些非平衡效应在LAF通量功率谱中还没有观测到。
2022-04-11 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
The effect of non-Gaussianity on error predictions for the Epoch of Reionization (EoR) 21-cm power spectrum
随着再电离的进行，预计再电离时期（EoR）21 cm信号将变得越来越非高斯。我们已经使用半数值模拟来研究这如何影响EoR 21厘米功率谱的误差预测。对于高斯随机场，我们期望$SNR=\sqrt{N_k}$，其中$N_k$是每个$k$ bin中的傅立叶模式的数量。我们发现，非高斯性是重要的，在高$SNR$，它规定了上限$[SNR]_l$。对于固定体积的$V$，即使增加$N_k$也不可能实现$SNR > [SNR]_l$。$[SNR]_l$的值随着再电离的进行而下降，对于$[150.08\, {\rm Mpc}]^3$模拟，从$\bar{x}_{HI} = 0.8-0.9$处的$\sim 500$下降到$\bar{x}_{HI} = 0.15 $处的$\sim 10$。我们表明，这是可能的解释$[SNR]_l$的三谱，我们预计$[SNR]_l \propto \sqrt{V}$，如果体积增加。对于$SNR \ll [SNR]_l$，我们发现$SNR = \sqrt{N_k}/A $与$A \sim 0.95 - 1.75$，大致与高斯预测一致。我们提出了一个拟合公式$SNR$作为$N_k$的函数，有两个参数$A$和$[SNR]_l$，必须使用模拟来确定。我们的研究结果是相关的预测不同的仪器来测量EoR 21厘米功率谱，到目前为止，主要是基于高斯假设的灵敏度。
2015-03-01 astro-ph.CO
Extracting the 21-cm Power Spectrum and the reionization parameters from mock datasets using Artificial Neural Networks
\hi ~ 21厘米功率谱的探测是几个正在进行和即将进行的低频无线电干涉仪的关键科学驱动因素之一。然而，这种观测的主要挑战来自明亮的前景，准确地去除或避免这些前景是这些实验成功的关键。在这项工作中，我们演示了使用人工神经网络（ANN）从合成数据集提取\hi ~ 21-cm功率谱，并从\hi ~ 21-cm功率谱中提取再电离参数。对于第一次，使用一套模拟，我们提出了一个基于人工神经网络的框架，能够直接从总观测天空功率谱（其中包含21厘米的信号，以及前景和仪器的影响）提取\hi ~信号功率谱。为了实现这一点，我们依次使用了两个独立的神经网络的组合。作为第一步，\texttt{ANN1}预测21厘米功率谱直接从前景损坏的合成数据集。在第二步中，\texttt{ANN2}从预测的\texttt{ANN1}的\hi ~功率谱预测再电离参数。我们的基于人工神经网络的框架是在$9.01$的红移下训练的，并且对于范围内的\kk模式，是$\rm{0.17<\kk<0.37~Mpc^{-1}}$。我们已经测试了网络的性能与模拟数据集，包括前景和损坏的热噪声，对应于$1080$小时的观察\textsc{ska-1 low}和\textsc{hera}。使用我们的人工神经网络框架，我们能够恢复的\hi ~功率谱与$\approx95-99\%$的准确性为不同的测试集。对于预测的天体物理参数，我们已经达到了…
2022-02-09 astro-ph.CO
Patchy Screening of the Cosmic Microwave Background by Inhomogeneous Reionization
利用WMAP-7温度/极化数据中的非对角TB和TT相关性，我们推导出了一个约束条件，即对来自非均匀再电离的宇宙微波背景的斑片状屏蔽。我们将其解释为对作为相干多极Lc的函数的均方根光学深度波动Δτ的约束。我们将这些参数的共动相干尺度，气泡大小Rc，在一个唯象模型，其中再电离是瞬时的，但发生在一个皱巴巴的表面上，也到气泡大小的“瑞士奶酪”再电离模型中的固定大小的气泡分布在一定范围内的红移。目前的WMAP数据仍然太弱，几个数量级，以约束合理的模型，但即将普朗克和未来的EPIC数据应该开始接近有趣的参数空间制度。我们还提出了约束的参数空间施加的最近的结果从EDGES实验。
2012-10-19 astro-ph.CO
Evidence for inhomogeneous reionization in the local Universe from metal-poor globular cluster systems
利用ΛCDM范式中星系集合体的一个基本特征，利用所观测到的贫金属球状星团的空间偏置和运动学来约束单个星系周围的局部再电离时期。选择了三个位于不同环境中的星系，进行了约束再电离在局域宇宙中的环境传播的第一次尝试。三个星系的联合约束（z_reion = 10.5^{+1.0}_{-0.9}）与最新的WMAP对简单瞬时再电离模型的z_reion约束非常一致。更重要的是，这里发现的z_reion值的范围与其他观测的z_reion估计的全球范围一致。我们还发现了一个1.7σ的指示，表明在高密度环境中的星系际介质被再电离之前，在低密度环境中完成了再电离。这与某些理论模型相一致，这些模型预测再电离的持续时间在全球范围内延长，中性氢袋在高密度环境中幸存下来，即使在周围区域被再电离之后。更一般地说，这项工作提供了一个有用的限制星系恒星晕的形成历史。
2012-04-11 astro-ph.CO
Detecting Cosmic Reionization using Bi-Spectrum Phase
利用$z\gtrsim 6$星系际介质的21厘米谱线探测中性氢（H_i，{ PDMATHABMM_i}），是研究宇宙再电离（宇宙的一个主要相变）的最有希望的探测方法之一。然而，这些研究面临着来自宇宙物体的明亮前景发射的严峻挑战。目前的技术需要精确的仪器校准以将弱的H 1，{ \sc 1}线信号与前景连续发射分离。我们建议通过使用干涉双谱相位的测量来减轻这种校准要求。双谱相位不受基于天线的方向无关校准误差的影响，因此对于紧凑阵列，它仅取决于天空亮度分布（受通常的热噪声影响）。我们表明，前景同步辐射连续谱的双谱相位具有相对于宇宙学线信号的特征平滑谱。利用傅立叶技术利用这种光谱差异可以有效地分离这两者，同时消除了现有方法固有的对仪器和电离层引入的相位进行精确的基于天线的校准的需要。使用基准模型的连续前景，和宇宙学H\，{ \sc i}信号，我们表明后者应该是可检测的双谱相位谱，在$|k_\parallel| \gtrsim 0.5\,h$ ~Mpc $^{-1}$，使用现有的仪器具有合理的意义。我们的方法也将有利于其他H\，{ \sc i}强度映射实验，面临类似的挑战，如那些测量重子声学振荡（BAO）。
2018-05-02 astro-ph.CO
