The Milky Way Hot Baryons and their Peculiar Density Distribution: a Relic of Nuclear Activity
我们知道我们的银河系充满了稀薄、炽热、富含金属的气体。然而，关于它的起源，它所渗透的银河系的部分，它的总质量，以及它在调节银河系活动中可能发挥的任何作用，仍然有很多未知数。在ApJ目前出版的一封信中，我们表明这种热气体渗透到银河系的圆盘和一个大的球形体积中，以银河系核心为中心，并延伸到距离中心至少60-200 kpc的距离。这种气体显示出一种奇特的密度分布，在距离银河系中心约6千秒差距的地方达到峰值，很可能是6百万年前银河系中心超大质量黑洞强烈活动的见证。通过我们的研究，我们还能够将银河系的重子总质量更新为Mb =（0.8-4）x1 e11太阳质量，足以完成银河系的重子普查。
2016-07-28 astro-ph.GA
Missing Halo Baryons and Galactic Outflows
我们提出的预测星系晕重子分数的宇宙流体动力学模拟与约束模型的星系外流。如果没有外流，晕包含的重子的宇宙分数大致上是，在高质量时由于热气的压力支持而稍微降低。恒星形成效率很高，并且在低质量时单调增加，与数据不符。随着外流，重子部分在晕中越来越被抑制到较低的质量。一个银河系大小的晕在z=0时，拥有大约60%的重子宇宙分数，所以“失踪”的晕重子大部分已经被疏散，而不是以某种隐藏的形式存在。大晕（>10^13 Mo）包含85%的重子，这解释了星系团中出现的轻微重子缺失问题。通过比较在z=3和z=0的结果，我们发现，大部分的重子去除发生在早期时代在较大的晕，而较小的晕失去重子最近。恒星形成效率在~10^13 Mo的晕中最大，在质量较低时显著下降，这有助于调和观测到的恒星和晕质量函数的亚L * 斜率。这些趋势主要是由差异风循环驱动的，即风物质返回低质量星系比返回高质量星系需要更长的时间。晕的热气含量大多不受外流的影响，这表明外流倾向于吹出空穴并逃逸，而不是将其能量沉积到晕气体中。
2009-01-20 astro-ph.CO astro-ph.GA
The temperature of hot gas in galaxies and clusters: baryons dancing to the tune of dark matter
星系和星系团中热气体的温度分布在很大程度上取决于总引力势的深度，从而取决于暗物质（DM）的分布。我们使用高分辨率的流体动力学模拟的星系形成推导出一个令人惊讶的简单的气体温度和DM属性之间的关系。我们表明，这种关系不仅适用于星系团，但也为平衡和放松星系的半径超过中央恒星占主导地位的地区，通常是几千秒差距。然后阐明如何测量的温度和密度的热气体成分可以导致间接测量DM速度各向异性的星系。我们还研究了存在自调节、周期性活动星系核（AGN）的星系团的温度关系，并证明这种温度关系甚至在具有活动星系核的星系团的30 kpc内区之外也成立。
2010-12-13 astro-ph.GA
Revealing the Warm and Hot Halo Baryons via Thomson Scattering of Quasar Light
由于缺乏探测所需温度范围、空间尺度、晕质量和红移的观测量，环星系介质（CGM）的温热（$10^5\lesssim T\lesssim 10^7$ K）相的重子含量和物理性质受到很差的约束。来自发光类星体的辐射产生空间扩展的发射晕，这是由CGM中的自由电子的汤姆逊散射造成的，它可以用来测量电子密度分布，因此，存在的温暖和炎热的重子物质的数量。我们预测由此产生的表面亮度分布，并表明，他们很容易检测到在三个小时的集成与詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST），出$\sim 100$物理千秒差距从中心的个别超亮类星体。这种电子散射表面的亮度与红移无关，信噪比对红移的依赖很弱，原则上允许在$z\sim 6.5$的再电离时期测量温暖和炎热的CGM。我们考虑了一系列潜在的污染物，并发现对于$z\lesssim1$较暗的类星体，扩展的恒星晕可能具有可比的表面亮度。在$z>2$，JWST中红外观测开始探测静止帧光学/紫外波长，这意味着CGM中尘埃颗粒的散射变得很重要，尽管多色观测应该能够区分这些情况，因为汤姆森散射是消色差的。
2018-06-23 astro-ph.GA
The Extended Distribution of Baryons Around Galaxies
本文总结和重新分析了与星系重子缺失有关的观测结果，提出了一个关于L >~ L* 星系中晕气体的一致图象。探测到的热X射线发射晕的密度为50-70 kpc，其中M_hot（<50 kpc）通常为5E 9 Msun，密度为n \propto r^-3/2。当外推到R200时，气体质量与恒星质量相当，但大约一半的重子仍然没有进入热相。如果外推到1.9-3 R200，重子与暗物质的比值接近宇宙值。对于R 50 kpc来说，明显平坦的密度分布是不可能< 50 kpc and they are disfavored but not ruled out for R >的。对于银河系，当R < 50 kpc时，热晕金属丰度在0.3-1太阳的范围内。普朗克测量的热Sunyaev-Zeldovich效应对堆叠发光星系（主要是早期型）表明，他们的大多数重子是热的，接近维里温度，并延伸到R200以上。这种叠加的SZ信号比从M_* > 10^11.3 Msun的单个星系（主要是螺旋星系）的X射线观测中推断出的信号大了近一个数量级。这种差异表明，热晕的性质是不同的早期和晚期类型的星系，可能是由于不同的演化历史。对于在紫外吸收线研究中检测到的较冷的气体，我们认为有两种吸收种群：扩展晕;和磁盘扩展到~50千秒差距，包含大部分这种气体，质量比恒星质量低几倍。在21厘米高电离层观测和模拟中也可以看到这样的…
2018-03-23 astro-ph.GA
NIHAO VII: Predictions for the galactic baryon budget in dwarf to Milky Way mass haloes
我们使用NIHAO星系形成模拟作出预测的重子预算在当今的星系范围从矮到银河系的质量。该样本由88个独立的高分辨率宇宙学放大模拟组成。NIHAO星系再现了观测星系的关键性质，如恒星质量与晕质量和冷气体与恒星质量的关系。因此，他们对重子预算做出了合理的预测。我们给出了在维里半径$R_{200}$内恒星、冷气体（$T<10^4$ K）、冷气体（$10^4 < T < 10^5$ K）、温热气体（$10^5 < T < 5\times10^6$ K）和热气体（T $> 5\times10^6$ K）的质量分数。与用暗晕质量和普适重子分数$f_{\rm b}\equiv Ω_{\rm b}/Ω_{\rm m}=0.15$预测的重子质量相比，我们发现所有的暗晕都缺少重子。丢失的质量已被重新定位超过2维里半径，冷气体占主导地位的日冕在低质量（M $_{200} < 3 \times 10^{11} M_\odot$），而温暖的热气体占主导地位的高质量（M $_{200} > 3 \times 10^{11} M_\odot$）。质量为$\sim 10^{10} M_\odot$的晕缺少重子的$\sim 90\%$。更大质量的晕（$\sim 10^{12} M_\odot$）保留了更高比例的重子，$\sim 30\%$缺失，与最近的观测估计一致。此外，这些质量更大的晕再现了所观察到的冷、温热和热气…
2017-01-12 astro-ph.GA
Finding the missing baryons in the intergalactic medium with localized fast radio bursts
重子失踪问题是天文学中尚未解决的主要问题之一。快速射电暴（FRB）是一种明亮的毫秒级脉冲，起源不明。FRB的色散度量被定义为沿视线方向的电子柱密度，并考虑到每个电离重子。在这里，我们使用22个定域FRB测量宇宙的重子含量。不同于以往的作品，固定的FRB宿主星系的色散措施的值，忽略了星系际介质（IGM）的不均匀性，我们使用的色散措施的概率分布贡献的宿主星系和IGM从国家的最先进的IllustrisTNG模拟。我们导出了$Ω_b=0.0490^{+0.0036}_{-0.0033}$（1 $σ$）的宇宙重子密度，精度为7.0%.这个数值与其他测量结果非常一致，例如宇宙微波背景和大爆炸核合成。我们的工作支持重子并没有消失，而是存在于IGM中。
2022-11-08 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Measuring the Mass of Missing Baryons in the Halo of Andromeda Galaxy with Gamma-Ray Observations
现代宇宙学和星系形成中最大的谜团之一是“失踪重子”的藏身之处。星系形成的主流理论预测，大量的重子以$10^6-10^7\,$ K的扩散和热气体的形式存在于星系周围，延伸到它们的维里半径，这也被称为环星系介质（CGM）的主要成分。然而，不同的研究小组通过不同的技术，并没有达成共识的作用，CGM在占失踪的重子，与估计的贡献范围从一个小的部分，以封闭的星系重子预算。在这项工作中，我们试图用一种新的方法来测量CGM中缺失的重子的质量，这种方法是基于仙女座星系扩展晕的γ射线观测结果。由于星系内部产生的宇宙射线粒子最终会逃逸到CGM，它们将通过与CGM的质子-质子碰撞产生伽马射线辐射。与某些传统的测量方法只对特定温度范围内的气体敏感不同，强子γ射线通量对所有相态的重子气体都敏感，而且不依赖于晕中的金属丰度。我们的结果表明，包含在维里半径的重子总质量小于$(1.4-5)\times 10^{10}M_\odot$根据与模型相关的分析得到的γ射线强度。这意味着仙女座星系的CGM可能不能解释超过$30\%$的失踪重子，但结果受到来自伽马射线强度上限，CRs在晕中的扩散系数以及星系的恒星质量和暗物质晕质量的不确定性。如果对这些问题有更好的理解，并且将来有更灵敏的伽马射线望远镜，这种方法将变得更有约束力。
2021-02-26 astro-ph.GA astro-ph.HE
Detection of missing baryons in galaxy groups with kinetic Sunyaev-Zel'dovich effect
利用{ \it Planck}宇宙微波背景图和已知位置、晕质量和特殊速度的$40,000$星系系统的叠加，我们提出了从星系群中探测动力学Sunyaev-Zel'dovich效应（kSZE）信号作为晕质量到$\log (M_{500}/{\rm M_\odot}) \sim 12.3$的函数。来自不同质量的组的信号被同时约束，以照顾附近晕的投影效应。总kSZE通量内晕估计意味着，气体部分的晕是关于普遍重子分数，即使在低质量的晕，表明“失踪重子”found. Various测试进行表明，我们的结果是强大的对系统的影响，如污染的红外/无线电源和背景变化，光束大小的影响和贡献晕exiors。结合热Sunyaev-Zel'dovich效应，我们的结果表明，与星系群相关的“失踪重子”包含在温度介于$10^5$和$10^6\,{\rm K}$之间的温热介质中。
2020-01-04 astro-ph.CO astro-ph.GA
Baryon Budget of the Hot Circumgalactic Medium of Massive Spiral Galaxies
在本星系周围的重子含量被观测到比大爆炸核合成所需的要少得多。模拟表明，这些“失踪重子”中的很大一部分可能储存在大质量星系周围的热的稀薄环星系介质（CGM）中，这些介质延伸到甚至超过了它们的暗物质晕的维里半径。以前的X射线和Sunyaev-Zel'dovich（SZ）信号观测表明，预期重子的$\sim(1-50)\%$存储在维里半径内的热CGM中。大的散射主要是由基于小径向范围内（通常在维里半径的10 - 20%内）的探测的热气体密度分布的非常不确定的外推造成的。在这里，我们报告堆叠X射线观测的六个本地孤立的大质量螺旋星系的CGM-MASS样本。我们发现，平均密度分布可以由一个单一的幂律的特点，以银河中心半径的$\approx 200\rm~kpc$（或$\approx130\rm~kpc$以上的1~ $σ$背景不确定度），大约一半的维里半径的暗物质晕。我们现在可以估计，维里半径内的热CGM可以解释晕所预期的重子质量的$(8\pm4)\%$。包括恒星在内，重子分数是$(27\pm16)\%$，或$(39\pm20)\%$，假设密度分布在$r\gtrsim130\rm~kpc$。我们的结论是，在大质量星系晕维里半径内的热重子不足以解释“失踪重子”。
2018-02-26 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Hubble Space Telescope Captures UGC~12591: Bulge/Disc Properties, Star Formation and `Missing Baryons' Census in a Very Massive and Fast Spinning Hybrid Galaxy
我们介绍了哈勃太空望远镜（HST）对附近大质量、高度旋转的混合星系UGC~12591的观测，以及紫外到远红外波段的观测。在V，I和H带的HST数据被用来解开结构组件。表面光度测定表明，在H波段B/D比为$69\%$的光盘上的凸起占主导地位。光谱能量分布（SED）拟合揭示了一个极低的全球恒星形成率（SFR）的$\rm\sim0.1-0.2 M_\odot yr^{-1}$，特别是低的星系的巨大恒星质量的$\rm 1.6\times10^{11}M_\odot$，这意味着其强烈淬火的SFR与恒星形成效率的$3-5\%$。至少在过去的$\rm 10^{8}$年里，该星系一直处于静止状态，是一个贫瘠的、"红色和死亡"的星系。UGC~12591中存在一个$\rm 6.18\times 10^{8} M_\odot$的超大质量黑洞（SMBH），该黑洞目前可能处于静止状态，即既没有观测到大射电喷流（$\rm>1 kpc$），也没有对中红外SED有显著贡献，排除了活动星系核的强辐射反馈。我们对维里半径内总质量为$\rm 6.46\times10^{11} M_\odot$的所有可观测重子进行了详细的普查，相当于相对于宇宙学平均值而言，重子的质量不足$\sim$ $85\%$。这些重子中只有一小部分存在于温暖/热的环银河X射线晕中，而大多数仍然无法观测到。我们讨论了各种天体物理学场景来解释它的不寻常…
2022-09-19 astro-ph.GA
Detection of hot, metal-enriched outflowing gas around $z\approx\,$2.3 star-forming galaxies in the Keck Baryonic Structure Survey
利用Keck重子结构巡天（KBSS）观测到的红移$z\approx 2.3$成星星系的类星体吸收线，研究了环星系介质中的物理条件。在Turner等人2014年的研究中，我们使用像素光学深度技术表明，HI和金属离子OVI、NV、CIV、CIII和SiIV的吸收在$|Δv|\lesssim170$ km/s和从视线到背景类星体的投影距离$|d|\lesssim180$适当kpc内强烈增强。在这里，我们表明，OVI吸收也强烈增强在固定HI，CIV和SiIV光学深度，这种增强延伸到$\sim350$公里/秒。在固定的HI，在OVI光学深度的中位数增加星系附近是0.3-0.7 dex，并检测到在2- 3- $σ$的置信度为所有七个HI箱有$\log_{10}τ_{\rm HI}\ge-1.5$。我们使用电离模型表明，所观察到的强度OVI作为HI的函数是一致的，丰富的，光电离的气体像素与$τ_{\rm HI}\gtrsim10$。然而，对于具有$τ_{\rm HI} \lesssim 1$的像素，如果气体被背景辐射光电离，则这将导致在低密度下难以置信的高金属度。这表明星系被足够热的气体所包围，足以被碰撞电离（$T > 10^5\,$ K），并且相当一部分热气体具有太阳的金属丰度$\gtrsim 10^{-1}$。鉴于这种气体的高金属丰度和大的速度范围（到$\sim1.5\times v_{\r…
2015-04-25 astro-ph.GA
Hot Extended Galaxy Halos Around Local L* Galaxies From Sunyaev-Zeldovich Measurements
L * 星系中的大多数重子都是未知的，并被预测位于可能超过R200的热气晕（T~3E6 K）中。热的气体晕将产生热Sunyaev-Zeldovich信号，该信号与气体质量和质量加权温度的乘积成比例。为了最好地检测这个信号，我们使用了一个Needlet独立线性组合全天普朗克地图，这是我们从最新的普朗克数据发布中产生的，也包含了WMAP数据。样本是12个距离为3 - 10 Mpc的L * 螺旋星系，它们是空间分辨的，因此可以排除光学星系的污染。其中一个星系，NGC 891，有一个特别强的SZ信号，当排除它时，11个星系的堆栈被检测到大约4 sigma（随着半径下降），并在> 99%的置信度下扩展到至少250 kpc（~R_{200}）。对于Tavg = 3E6 K，半径为250 kpc的球形体积内的气体质量为9.8 +/-2.8 E10 Msun。这大约是平均星系的宇宙重子含量（3.1E11 Msun）的30%，大约等于恒星、盘气体和温暖的晕气体的质量。剩余的重子（~1.4E11 Msun，占总重子含量的40 - 50%）可能是热的，并延伸到400 - 500 kpc的体积，如果没有超过的话。结果高于预测，但在不确定性范围内。
2022-03-23 astro-ph.GA
X-Ray Detection of the Galaxy's Missing Baryons in the Circum-Galactic Medium of L$^*$ Galaxies
本研究利用 L$^*$ 星系冷吸收体的 X 射线光谱，首次高显著性探测到 OVII 吸收，证实星系缺失重子隐藏在热星系周介质中，从而有望解决星系缺失重子问题。
2023-08-01 astro-ph.CO astro-ph.GA
Diffuse coronae in cosmological simulations of Milky Way-sized galaxies
我们调查的性质晕气体使用三个宇宙学的“放大”模拟现实的银河系星系类似物与不同的次网格物理。在所有三种情况下，热（$T > 10^6$ K）晕气体的质量是宿主维里质量的$\sim 1\%$。其中两次运行的X射线光度与银河系的观测结果一致，而第三次模拟是X射线明亮的，更像一个非常巨大的恒星形成螺旋。热晕从银河系中心延伸到140 kpc，并被延伸到维里半径的温热（$T = 10^5 - 10^6$ K）气体泡包围。模拟的晕在20-30 kpc之外与Miller & Bregman（2013）基于OVII吸收和OVIII发射测量的$β$模型完全一致。暖--热的和热的气体贡献了总气体库的$80\%$，并且包含与恒星成分几乎相同数量的重子。暖热和热成分的质量落在$L^*$星系估计的范围内。随着银河系日冕密度的关键观测约束得到满足，我们表明，无处不在的温暖，热重子的隐藏，随着喷出的只是$20-30 \%$的扩散气体的位阱超新星驱动的外流，可以解决“失踪重子问题”。在3维里半径范围内的重子分数是普适值的$90\%$。扩散日冕的特征密度为$\sim 10^{-4}$ cm $^{-3}$，密度为$50-80$ kpc，满足矮星系卫星气藏快速、完全的冲压压力剥离的要求。
2016-01-15 astro-ph.GA
A Baryonic Solution to the Missing Satellites Problem
已经证明，包含重子物理可以改变低质量星系中心的暗物质密度，使中心暗物质的斜率比纯冷暗物质模拟中预测的更浅。这种暗物质轮廓的扁平化可以发生在银河系质量星系周围最明亮的暗晕中。Zolotov等人（2012）建议对只有暗物质的卫星的中心质量进行修正，以模拟（1）由于发光卫星中的超新星反馈而导致的暗物质尖点的平坦化，以及（2）由于重子盘的存在而增强的潮汐剥离。在本文中，我们应用这种校正的z=0 subhalo质量的高分辨率，暗物质-只有通过Lactea II（VL 2）模拟，并发现大量的subhalo的数量显着减少。在对VL 2晕采用恒星质量与晕质量的关系，并识别出（1）可能被剥离破坏的子晕和（2）可能被光加热抑制的恒星形成后，我们发现银河系质量星系周围的大质量发光卫星的数量与银河系或M31周围观测到的卫星数量一致。我们的结论是，重子过程有可能解决失踪的卫星问题。
2013-04-29 astro-ph.CO astro-ph.GA
Can HI 21 cm line trace the Missing Baryons in the Filamentary Structures?
从标准宇宙学中预测的重子中，有很大一部分在观测上已经消失了。虽然以前的数值模拟表明，大多数失踪的重子驻留在温暖的热星系际介质（WHIM）的形式的大尺度细丝，它通常是非常困难的，从这样一个弥漫的气体检测签名。在这项工作中，我们专注于中性氢（HI）的超精细跃迁称为21厘米线作为工具来跟踪WHIM。为此目的，我们首先构建的21厘米信号的地图，通过使用提供的数据的国家的最先进的宇宙流体动力学模拟项目，插图，其中详细的过程影响的动力学和热演化的WHIM实施。通过与SKA 1-mid（平方公里阵第一相中频仪）的21 cm信号图的比较，我们发现，如果假设角分辨率Δθ> 10 arcmin，观测时间t_obs > 100小时，SKA 1-mid可以探测到红移z=0.5-3的近红外结构的21 cm信号。然而，它也证明，信号主要来自星系居住在附属结构和WHIM的贡献太小，检测与SKA 1-mid。我们的结果表明，比SKA 1-mid高约10倍的灵敏度可能足以检测z=0.5-3的WHIM。
2017-02-01 astro-ph.CO astro-ph.GA
XMM-Newton Detects a Hot Gaseous Halo in the Fastest Rotating Spiral Galaxy UGC 12591
我们提出了我们的XMM牛顿观测最快的旋转螺旋星系UGC 12591。我们检测到热气体晕发射到110千秒差距的星系中心，并限制晕气体质量小于3.5e11太阳质量。我们还测量了热气体的温度为T=0.64 \pm 0.03 keV。结合我们的X射线约束和文献中的近红外和射电测量，我们发现UGC 12591中的重子质量分数为0.03-0.04，这表明与宇宙学平均值相比，重子质量缺失了75%。结合NGC 1961年的另一个最近的测量，结果强烈地认为，螺旋星系中大多数失踪的重子并不存在于它们的热晕中。我们还发现UGC 12591明显低于重子Tully-Fisher关系。最后，我们发现大质量旋涡星系的重子分数与质量相近的星系群的重子分数相似，表明重子损失最终是由引力势阱控制的。这个气体晕的冷却半径很小，类似于NGC 1961，它认为这个星系的大部分恒星质量不是由于气体晕的冷却而聚集的。
2011-12-01 astro-ph.CO astro-ph.GA
The hot gas distribution, X-ray luminosity and baryon budget in the L-Galaxies semi-analytic model of galaxy formation
热电离气体在星系的重子循环中很重要，并贡献了大部分“失踪的重子”。迄今为止，大多数星系形成的半解析模型很少关注热气体晕及其X射线辐射。本文采用Sharma等人的一维模型代替等温球来描述L-Galerkin半解析模型中热气体的径向分布。根据局部热不稳定性时间尺度与自由落体时间尺度的比值，热气晕可分为两部分：一部分是由$t_{\rm TI}/t_{\rm ff}=10$组成的冷核，另一部分是由$t_{\rm TI}/t_{\rm ff}>10$组成的稳定外晕。根据新的热气体分布，我们更新了冷却、反馈和剥离的公式，并再现了几个X射线观测结果，如热气体密度的径向分布，以及X射线光度和温度的标度关系。我们发现：（1）与观测结果一致，晕中心较平坦的密度剖面产生的X射线发射比等温球低;（2）容易发生降水的冷核区域的气体温度比维里温度高，小晕中较大的$T_{\rm X}/T_{\rm 200}$比导致$L_{\rm X}-T_{\rm X}$关系的斜率较陡;（3）无限储层中的电离气体和低质量晕中的低温星系际气体可能是晕“失踪重子”的主要成分。我们的模型输出可以预测附近宇宙中热气的观测结果，并产生未来X射线望远镜探测重子的模拟调查。
2022-12-16 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Peak star formation efficiency and no missing baryons in massive spirals
人们普遍认为，在整个哈勃时间内，星系使用与其暗物质晕相关的一小部分重子来形成恒星。这种所谓的低“恒星形成效率”$f_\star\equiv M_\star/f_{\rm b} M_{\rm halo}$，其中$f_{\rm b}\equivΩ_{\rm b}/Ω_{\rm c}$是宇宙学重子分数，预计将在接近$L^\ast$（效率为$\approx 20\%$）时达到峰值，并在较低和较高质量时急剧下降。我们已经测试了这一点，使用附近的恒星形成星系的样本，从矮星（$M_\star\simeq 10^7 M_\odot$）到高质量的螺旋（$M_\star\simeq 10^{11} M_\odot$）HI旋转曲线和3.6 $μ$ m测光。我们通过改变三个参数，恒星的质光比，晕浓度和质量，用贝叶斯方法拟合观测到的旋转曲线。我们发现了两个令人惊讶的结果：1）恒星形成效率是$M_\star$的单调递增函数，在高质量时没有下降的迹象，2）最大质量的螺旋（$M_\star\simeq 1-3 \times 10^{11} M_\odot$）具有$f_\star\approx 0.3-1$，即它们几乎将所有与它们的晕相关的重子变成恒星。这些结果意味着，在形成恒星时最有效的星系是大质量螺旋星系（而不是$L^\ast$星系），它们的效率接近100%，因此，一旦它们的冷气体和热气体都被考虑到重子预算中，…
2019-05-02 astro-ph.CO astro-ph.GA
Warm-hot baryons comprise 5-10 per cent of filaments in the cosmic web
对宇宙微波背景的观测表明，重子占宇宙总能量的5%。在局域宇宙中，对所有观测到的重子的普查比这个估计少了两倍。宇宙学模拟表明，失踪的重子可能没有凝聚成维里化的晕，而是在$10^5-10^7$开尔文的温度下作为低密度等离子体存在于宇宙网的细丝中（那里的物质密度大于平均值），被称为温暖-热的星系际介质。以前曾有人声称在遥远的耀变体的视线上探测到了温暖的重子，以及在相互作用的星系团之间探测到了热气。然而，这些观测无法追踪大尺度的重子结构，也无法估计宇宙中有代表性的体积中暖重子的总量。在这里，我们报告的X射线观测气体在$10^7$开尔文与星系团阿贝尔2744。以前对这个星团的观测无法解决和消除巧合的X射线点源。减去这些之后，我们揭示了在8兆秒差距尺度上相干的热气体结构。这些暗丝与星系和暗物质的超密度相吻合，它们的质量有5-10%是重子气体。这些气体已经被星系团的引力加热，现在正在为其核心提供食物。我们的发现加强了宇宙图像的证据，其中大部分失踪的重子驻留在宇宙网的细丝中。
2015-12-03 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Detection of anti-correlation of hot and cold baryons in galaxy clusters
宇宙中最大的星系团包含大量的暗物质，以及两个主要相态的重子物质，主要是热气体成分和少数冷恒星相态，包括恒星，致密物体和低温气体。流体动力学模拟表明，最高质量的系统保留了重子的宇宙分数，其自然结果是总质量固定的暗物质晕内的热气体和恒星质量之间的反相关。我们报告的观测检测的基础上的4个元素的$9\times9$元素协方差矩阵的9个集群属性，测量从X射线，光学，红外和毫米波长观测的41个集群从本地集群子结构调查。这些聚类是使用明确和定量的选择规则选择的，然后在我们的分层贝叶斯模型中编码。我们检测到的反相关性与当代流体动力学宇宙学模拟的预测是一致的，这些模拟没有调整到重现这种信号。
2019-07-04 astro-ph.CO astro-ph.GA
Detection of the Missing Baryons toward the Sightline of H1821+643
基于大爆炸核合成和宇宙微波背景的约束，高红移宇宙的重子含量可以精确确定。然而，在低红移，大约三分之一的重子仍然下落不明，这就造成了长期存在的重子失踪问题。失踪的重子被认为存在于以温热星系际介质（WHIM）形式存在的大尺度细丝中。在这项工作中，我们采用了一种新的堆叠方法来探索WHIM的热相。具体来说，我们利用470千克拉钱德拉LETG数据的发光类星体，H1821+643，随着以前的测量紫外线吸收线系统和光谱红移测量星系对类星体的视线。我们重复地蓝移和叠加类星体的X射线光谱，对应于17个吸收线系统的红移。因此，我们获得了堆叠光谱与$8.0$ Ms总曝光，这使我们能够探测X射线吸收线具有无与伦比的灵敏度。基于堆叠的数据，我们检测到OVII吸收线，其表现出高斯线轮廓并且在$3.3 σ$水平上具有统计学显著性。由于紫外线吸收线系统的红移是已知的先验，这是第一个明确的检测X射线吸收线起源于WHIM。OVII线的等效宽度为$(4.1\pm1.3) \ \mathrm{mÅ}$，其对应于$(1.4\pm0.4)\times10^{15} \ \mathrm{cm^{-2}}$的OVII柱密度。我们将吸收气体约束为对于单个WHIM灯丝具有$n_{\rm H} = (1-2)\times10^{-6} \ \rm{cm^{-3}}$的密度。我们推导出$Ω_{\rm b} \rm(O\,VII) = (…
2018-12-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
The baryon census and the mass-density of stars, neutral gas, and hot gas as a function of halo mass
本研究整合多波段观测经验数据，建立不同暗晕质量下恒星、中性气体与热气体的重子质量-暗晕质量标度关系，测得各重子组分的宇宙密度，验证方法可靠性并给出热等离子体密度估算。
2024-11-01 astro-ph.CO astro-ph.GA
On the Hot Gas Content of the Milky Way Halo
银河系似乎缺少重子，因为观测到的恒星和气体的质量远低于宇宙平均值。一种可能性是，银河系的重子中有相当一部分嵌入在一个延伸的百万度热晕中，这一想法得到了对晕中温暖气体云和无气体矮球状卫星的观测的间接支持。X射线观测已经证实，在我们的银河系中，除了局部的热气泡之外，还存在着热气体;然而，它可能分布在一个热的磁盘配置中。此外，最近对X射线约束的研究表明，任何银河系日冕都是微不足道的。在这里，我们重新检查了观测数据，特别是在X射线和无线电波段，以确定是否有可能在~ 10^6 K气体中存在银河系的重子的相当大的一部分。与过去的研究一致，我们发现，重子封闭的晕显然是排除了，如果一个假设，热日冕分布与尖NFW配置文件。然而，如果星系的热日冕是在一个扩展的，低密度的分布，有一个大的中央核心，就像在流体静力平衡的绝热气体所预期的那样，那么它可能包含高达10^11 M_sun的物质，可能解释了所有丢失的银河系重子。我们简要地讨论了一些潜在的途径来区分一个大规模的，扩展的热晕和一个本地的热盘。
2012-11-05 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Observations of the MIssing Baryons in the warm-hot intergalactic medium
几十年来，人们已经知道，在局部宇宙中观测到的重子数量比大爆炸核合成预测的重子总数少了30-40%，这是从宇宙微波背景的密度波动中推断出来的，在宇宙的前20 - 30亿年中，在所谓的莱曼α森林中观察到。这个悖论的一个理论解决方案是将失踪的重子定位在星系之间的热而稀薄的星系际气体中，称为温暖的星系际介质。然而，在那里很难检测到它们，因为这种气体的最大成分-氢-大部分被电离，因此在远紫外光谱中几乎不可见，具有典型的信噪比。事实上，尽管进行了大量的观测工作，但迄今为止，只有少数几个边缘的探测结果。本文报道了在红移>0.4的类星体的高信噪比X射线谱中观测到两个高电离氧（OVII）吸收体。这些吸收体在2年的时间尺度上没有变化，也没有相关的冷吸收，使得它们来自类星体的内在外流或宿主星系的星际介质的假设变得不可信。OVII系统位于以大（与平均值相比为x4）星系过密度及其数量（下降到我们数据的敏感阈值）为特征的区域，与长期寻求的温热星系际介质（WHIM）的数值模拟预测一致。我们的结论是，失踪的重子已经找到。
2018-06-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
Evidence for massive warm-hot circumgalactic medium around NGC 3221
我们报告了一个3.4 $σ$探测的温暖，热，大质量，扩展环星系介质（CGM）周围的L $^\star$恒星形成的螺旋星系NGC 3221，使用深朱雀观测。气体的温度是$10^{6.1}$ K，与银河系CGM的温度相当。气体的空间范围至少为$150$ kpc。对于具有太阳丰度的密度廓线的$β$模型，中心发射量度为EM = $3\pm 1 \times 10^{-5}$ cm $^{-6}$ kpc，中心电子密度为$n_{eo} = 4\pm 1 \times10^{-4}$ cm $^{-3}$，斜率为$β= 0.56$。我们调查了一系列的$β$值，并发现密度分布的细节不会显着改变我们的结果。温热气体的质量，假设$\frac{1}{3}$ Z $_\odot$的金属丰度为$16 \pm 3 \times 10^{10}$ M $_\odot$，是NGC 3221中质量最大的重子成分。重子分数为$f_b$ = 0.120 $\pm$ 0.036（统计）$^{+0.104}_{-0.048}$（系统），与宇宙学平均值一致，关闭该星系的重子预算。我们还调查了失踪的金属问题与失踪的重子问题，并得出结论，金属很可能是优先驱逐出星系。我们是第一次探测到一个外部L $^\star$恒星形成螺旋星系周围的扩展的温热CGM，在那里CGM可能解释了丢失的星系重子。
2019-10-20 astro-ph.GA astro-ph.HE
GARROTXA Cosmological Simulations of Milky Way-sized Galaxies: General Properties, Hot Gas Distribution, and Missing Baryons
我们介绍了一套新的模拟银河系大小的星系使用AMR代码ART +流体力学在$Λ$ CDM宇宙演化。模拟系列被命名为GARROTXA，并遵循从z~ $=$ ~60到z~ $=$ ~0的晕/星系的形成。系统的最终维里质量为$\sim$ 7.4 $\times$ 10 $^{11}$ M $_{\odot}$。我们的结果如下：（a）与许多以前的研究相反，圆速度曲线显示没有中心峰，总体上与最近的MW观测结果一致。(b)其他的物理量，如M $\_{*}$（6 $\times$ 10 $^{10}$ M $_\odot$）和R $_d$（2.56 kpc），都在观测的MW范围内。(c)我们从运动学上测量了圆盘与总圆盘的比值，发现D/T=0.42。(d)另一方面，z=0时的冷气体比例和恒星形成率（SFR）与银河系的估计值相差甚远。作为模拟系列的第一次科学开发，我们研究了热X射线发光气体的空间分布。我们已经发现，大多数的X射线发射气体是在晕状分布占一个重要的部分，但不是所有的失踪重子。大量的热气体也存在于灯丝中。在我们的所有模型中，没有一个大规模的盘状热气体分布主导的柱密度。我们的热气体模拟观测的分析表明，均匀性假设导致高估的总质量的因素3至5或低估的因素$0.7-0.1$，这取决于所使用的观测方法。最后，我们确认了星系系统的总热气体质量和暗物质晕质量之间存在明显的相关性。
2016-05-04 astro-ph.CO astro-ph.GA
A gas-rich cosmic web revealed by the partitioning of the missing baryons
利用定位至宿主星系的大型快速射电暴样本，将缺失重子分配至IGM、星系团和星系中，测得晚期宇宙重子密度，揭示了高效反馈驱动的富重子宇宙网并有望缓解$S_8$张力。
2025-06-24 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Profiles of cosmic filaments since z=4.0 in cosmological hydrodynamical simulation
很大一部分低红移的重子仍然没有被探测到。大多数失踪的重子被认为存在于大尺度的宇宙细丝中。了解暗条中重子的分布对于寻找失踪的重子是至关重要的。我们在宇宙流体动力学模拟中研究了自$z=4.0$以来的宇宙细丝的性质，着重于垂直于细丝棘的密度和温度分布。我们的定量评估证实了$z=2$后粗而突出的细丝的快速生长。我们发现，自$z=4.0$以来，纤维的局部线密度与纤维的局部直径存在相关性。在不同宽度的暗条中，暗物质和重子气体的平均密度分布都具有自相似性，可以用等温单β模型描述。典型气体温度随丝宽的增加而增加，对于宽度为$D_{fil} \gtrsim 4.0 \rm{Mpc}$的丝，典型气体温度高于$10^6$ K，这将是利用热Sunyaev-Zel'dovich（SZ）效应寻找丢失重子的最佳目标.在含有$D_{fil} \gtrsim 4.0 \rm{Mpc}$的暗条中，从边界到内核区域的温度显著升高，这可能是由于吸积激波的加热，而含有$D_{fil}< 4.0 \rm{Mpc}$的暗条中的温度升高平缓。
2021-07-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
On the Structure of Hot Gas in Halos: Implications for the Lx-Tx Relation & Missing Baryons
我们提出了一维模型的热气体在暗物质晕，既预测冷核心的存在，并解释其结构。我们的模型直接适用于半解析模型（SAM）的星系形成。我们以前曾论证过，当热不稳定时间尺度与自由下落时间$t_{TI}/t_{ff}$之比低于5-10时，冷（~10^4 K）气体细丝在流体静力学和热平衡状态下从团内介质（ICM）中凝结出来。该标准对应于ICM密度的上限，并激发了一个模型，其中密度核在$t_{TI}/t_{ff} \lesssim 10$的任何地方形成。与观测结果和数值模拟结果一致，该模型预测了质量较低的晕的核心更大、更纤细--虽然星系团的核心密度可能高达~ 0.1 cm^{-3}，但星系晕的核心密度不应超过~ 10^{-4} cm^{-3}。如果我们把中心星系对引力势的贡献包括在内，我们也可以解释较小质量晕（星系“日冕”）中的大密度。我们的模型产生一个有利的匹配观测X射线光度-温度（Lx-Tx）的关系。对于晕质量$\lesssim 10^{13}$ Msun，核尺寸接近维里半径。因此，在这样的晕中的大多数重子不可能在热的ICM中，而是以恒星的形式或以超过维里半径的热气体的形式存在。由于ICM中的质量较小，而恒星形成的质量大得多，低质量晕（$\lesssim 10^{13}$ Msun）中的大多数重子可以由于超新星反馈而被驱逐到维里半径之外。这可以解释重子在低质量晕中“消失”的原因，例如星系晕。
2012-09-16 astro-ph.CO astro-ph.GA
Missing baryons traced by the galaxy luminosity density in the large-scale WHIM filaments
我们提出了一个新的方法来解决失踪重子问题。基于普遍的假设，即失踪的重子是在温暖的热星系际介质（WHIM）的形式，我们进一步假设在这里，星系光度密度可以作为一个示踪剂的WHIM。后一种假设得到了我们在Cui等人（2012）的流体动力学模拟中发现的WHIM密度和星系光度密度之间的显着相关性的支持。我们进一步发现，在WHIM阶段的气体质量的分数是实质上（由$\sim$ 1.6的一个因素）更高的大尺度银河丝，即$\sim$ 70\%，相比之下，在整个模拟体积的平均值$\sim$ 0.1\，Gpc $^3$。WHIM超密度与星系暗条内星系光度超密度之间的关系符合线性关系：$δ_{\rm whim}\,=\,0.7\,\pm\,0.1\,\times\,δ_\mathrm{LD}^{0.9 \pm 0.2}$。我们将我们的程序应用于blazar H2356-309的视线，并在雕塑家墙的对应中找到了WHIM的证据（z $\sim$ 0.03且$\log{N_H}$ = $19.9^{+0.1}_{-0.3}$）和双鱼座-鲸鱼座超星系团（z $\sim$ 0.06且$\log{N_H}$ = $19.7^{+0.2}_{-0.3}$），与Fang等人（2010）和Zappacosta等人（2010）确定和研究的X射线吸收体的红移和柱密度一致。这一协议表明，星系光度密度和银河丝是可靠的路标WHIM和…
2015-08-10 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Three Hundred Project: Modeling Baryon and Hot-Gas Fraction Evolution in Simulated Clusters
INAF -- Osservatorio Astronomico di Trieste（意大利国家天体物理研究所的里雅斯特天文台）；IFPU, Institute for Fundamental Physics of the Universe（宇宙基础物理研究所）；University of Michigan（密歇根大学）；University of Ljubljana（卢布尔雅那大学）；Center on High Performance Computing, Big Data and Quantum Computing（高性能计算、大数据与量子计算中心）；INFN, Instituto Nazionale di Fisica Nucleare（意大利国家核物理研究所）；Sapienza Università di Roma（罗马智慧大学）；University of Geneva（日内瓦大学）；INAF, Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio（意大利国家天体物理研究所空间天体物理与科学观测站）；INFN, Sezione di Bologna（意大利国家核物理研究所博洛尼亚分部）；University of Modena and Reggio Emilia（摩德纳和雷焦艾米利亚大学）
基于The Three Hundred的约300个模拟星系团，研究多过密度下重子与热气体比例的质量和红移演化，发现对数平面二次或对数模型优于幂律。
2025-05-27 astro-ph.CO astro-ph.GA
Robust detection of hot intragroup medium in optically selected, poor galaxy groups by eROSITA
基于eROSITA叠加X射线图像，在DESI LS识别的大型贫星系群样本中稳健探测到热群内介质，发现其不足以解决“缺失重子”问题。
2024-12-14 astro-ph.GA astro-ph.HE
Scientific Objectives of the Hot Universe Baryon Surveyor (HUBS) Mission
本文介绍了拟议中的天基X射线望远镜HUBS任务的科学目标，其凭借高分辨率光谱和大视场测量各类介质中热气体性质，旨在揭示星系演化的反馈物理及重子收支，并探索星系团、活动星系核等多个天体物理领域。
2023-07-11 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
