A needle in a haystack? Catching Pop III stars in the Epoch of Reionization: I. Pop III star forming environments
针对再电离时期第三星族星难以直接观测的问题,本研究利用流体动力学模拟开展分析,明确了该时期第三星族星的形成环境、宿主星系特征及观测可行性,为后续JWST深空探测提供理论支撑。
2023-04-20 astro-ph.CO astro-ph.GA
Modelling Population III stars for semi-numerical simulations
从理论上模拟第三星族星(Pop III星)引起的21厘米信号是从当前和即将到来的21厘米观测中提取关于Pop III星的丰富信息的关键。在这项工作中,我们开发了一个新的模块的波普III星的逃逸分数的电离光子和莱曼-沃纳(LW)的光子,光加热的紫外线辐射,和LW的反馈始终纳入。通过实施该模块到一个公共的21厘米半数值模拟代码,21CMFAST,我们展示了21厘米信号计算和调查的重要性,流行III星建模。我们发现,从波普III星宇宙再电离的贡献显着依赖于逃逸分数的治疗。用我们的逃逸分数模型,Pop III星几乎没有再电离的贡献,因为质量较小的晕,其逃逸分数高,不能主机Pop III星由于LW反馈。另一方面,Pop III型恒星的再电离贡献与传统的恒定逃逸分数。我们还发现,如果宇宙的电离分数高于约1%,紫外光加热对21厘米全球信号和21厘米功率谱有不可忽略的影响。在这种情况下,21厘米全球信号的强度取决于光加热效率,因此也取决于Pop III恒星的质量。我们的结论是,详细的建模流行III星是必不可少的预测21厘米观测准确未来的观测。
2020-11-27 astro-ph.CO astro-ph.GA
The reionization of galactic satellite populations
我们使用高分辨率模拟的本地组后处理的紫外光子的辐射转移代码的形成,调查的卫星人口的银河系M31星系对在各种情况下的再电离。我们使用一个改进版本的ATON,其中包括一个简单的配方辐射反馈。在我们的基线模型中,再电离是由低质量的辐射调节晕在高红移,直到更多的质量晕出现,然后占主导地位,完成再电离过程。我们调查再电离的历史和现今的卫星人口的位置之间的关系。我们发现,卫星星系的平均再电离红移(zr)在星系中心(MW和M31)附近较高。这是由于在EoR期间,由内而外的再电离模式被祖先内部的大量晕所印记,最终形成了星系的中心。由于星系组装过程中动力学混合的不完全,这些早期的模式一直延续到今天,导致平均卫星再电离红移有一个明显的径向梯度,直到MW和M31的维里半径。在最低发射率的情况下,外层卫星的再电离时间比内层卫星晚约1.8亿年。这种延迟随着源模型发射率的增加而减小,或者在Virgo或M31的外部再电离的情况下,因为再电离总体上发生得更快,并且在最高发射率处变得空间准均匀。
2014-09-29 astro-ph.CO astro-ph.GA
Extremely-Metal Poor Stars in the Milky Way: A Second Generation Formed after Reionization
第三星族恒星形成的宇宙学模拟显示,当冷却由氢分子驱动时,初始质量函数(IMF)偏向于在红移z>20的迷你晕中形成的超大质量恒星(M> 100 Msun)。然而,这一结果与银河系晕中的极贫金属(EMP)恒星的观测结果相冲突,其r过程元素丰度似乎与非常大的第三星族祖先的预期不相容。我们提出了一个新的解决方案的问题,其中的IMF的第二代恒星形成在z>10,再电离之前,是不足的亚太阳质量的恒星,由于高宇宙微波背景温度地板。观测到的EMP星优先在z <10 in pockets of gas enriched to metallicity Z>10^{-3.5} Zsun由星族II星的风形成。我们对像银河系这样的暗物质晕的宇宙学模拟表明,目前的EMP星样本只能限制晚期第三星族恒星的IMF,这些恒星形成于z<13的晕中,维里温度Tvir约为10^4 K。这表明对不稳定性超新星主要不是由这个群体产生的。要开始探测形成于高红移的第三星族恒星的IMF,需要进行一次大规模的巡天,至少要有500颗,可能是几千颗金属丰度为Z~10^{-3.5} Zsun的EMP星。
2010-02-06 astro-ph.CO astro-ph.GA
LYRA III: The smallest Reionization survivors
被再电离淬灭的星系(“遗迹”)和在再电离中幸存的星系(即继续形成恒星)之间的分界线通常用晕质量阈值来讨论。我们探测这个阈值在物理上更完整和准确的方式比迄今为止,使用五个极高分辨率($M_\mathrm{target}=4M_\odot$)宇宙学放大模拟的矮星系的晕质量范围内$1-4\times10^9M_\odot$。所采用的LYRA模拟模型的特点解决了星际介质物理和个人,解决了超新星爆炸。在我们的研究结果中,我们发现了一个有趣的中间人口的矮星系接近阈值质量,但既不是充分的再电离遗迹,也没有充分的再电离幸存者。这些星系最初在再电离时熄灭,但仅仅保持静止约5亿年。在$z\approx5$,它们以同步的方式重新开始恒星的形成,并保持恒星的形成直到今天。这些结果表明,$z=0$的晕圈质量不是接近阈值的存活率的良好指标。虽然我们发现的恒星形成的历史是不同的,我们表明,它们直接关系到一个给定的光环保留和冷却气体的能力。而后者是最强烈地依赖于质量(或维里温度)的主机晕在再电离时,它也取决于其生长历史,紫外线背景(和它的减少在后期)和保留在晕内的金属量。
2022-09-07 astro-ph.GA
JWST ASPIRE: How Did Galaxies Complete Reionization? Evidence for Excess IGM Transmission around ${\rm [O\,{\scriptstyle III}]}$ Emitters during Reionization
利用JWST ASPIRE巡天数据研究z≈5.4-6.5处[O III]发射线星系与Lyα森林的互相关,发现其周围存在过量IGM透射和超过50 cMpc的电离泡,表明再电离晚期需要更多暗弱星系或更大尺度紫外背景,对现有再电离模拟提出挑战。
2025-03-10 astro-ph.CO astro-ph.GA
Dark-ages reionization and galaxy formation simulation - III. Modelling galaxy formation and the epoch of reionization
我们介绍Meraxes,一个新的,专门建造的半解析星系形成模型,旨在研究星系的增长过程中再电离。Meraxes是其类型的第一个模型,包括时间和空间耦合的再电离治疗,是建立在一个自定义(100 Mpc)$^3$ N体模拟与高时间和质量分辨率,使我们能够解决星系和恒星形成物理相关的早期星系形成。我们的基准模型与超新星反馈再现观测到的光学深度电子散射和演化的星系恒星质量函数之间的$z$ =5和7,预测范围广泛的晕质量有助于再电离。使用恒定的逃逸分数和全球复合率,我们的模型是无法同时匹配观测到的电离发射率在$z{\lesssim}6$。然而,在$z{\sim}6$处使用0.05-0.1的演化逃逸分数,向更高的红移增加,能够满足这三个约束。我们还表明,光电离抑制低质量星系形成在再电离过程中只有一个小的影响,星系间介质的电离历史。这种缺乏“自我调节”的情况是由于超新星反馈已经有效地淬灭了恒星的形成。只有在气体供应有限的恒星形成模型中,再电离反馈才能有效地调节星系的生长。我们同样发现,再电离对恒星质量函数只有很小的影响,在$M_{\rm *}{>}10^{7.5}\,{\rm M_{\odot}}$没有观测可检测的印记。然而,斑片状再电离对单个星系质量有显著影响,在$z$ =5时,与环境相关的因子变化为2-3。
2016-08-18 astro-ph.GA
Reionization in the Light of Dark Stars
我们研究了暗星对宇宙再电离历史的影响,以及暗星与Lyman-Werner(LW)辐射反馈在降低宇宙微波背景(CMB)光学厚度到普朗克测量的$τ= 0.054 \pm 0.007$范围内的相互作用。我们使用半解析的方法来评估再电离的历史和CMB的光学厚度,其中包括人口II(流行II)的恒星在原子冷却晕和流行III星在minihalos与LW反馈,之前的DS阶段。我们表明,虽然LW反馈本身可以减少集成光学深度的最后散射表面$\sim 0.05$只有当流行III恒星形成效率小于$\sim 0.2\%$,列入人口的DS可以自然导致测得的CMB光学深度更大的流行III恒星形成效率$\gtrsim 1\%$。
2021-12-08 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
Revealing the formation histories of the first stars with the cosmic near-infrared background
宇宙近红外背景(NIRB)提供了一个强大的整体探测辐射过程在不同的宇宙时代,包括预再电离时代时,无金属,第三族(Pop III)恒星首次形成。虽然来自富含金属的第二星族(Pop II)恒星的辐射可能在再电离时代对观测到的NIRB的贡献中占主导地位,但Pop III恒星-如果有效形成-可能会在NIRB上留下特征印记,这要归功于它们强烈的Ly $α$发射。使用第一个恒星形成的物理模型,我们提供了一个分析的NIRB平均光谱和各向异性贡献的恒星星族在$z>5$。我们发现,在大规模的波普III恒星持续形成的分子冷却晕在几倍的速度$10^{-3}\,M_\odot \ \mathrm{yr}^{-1}$,在被抑制对时代的再电离(EoR)的积累莱曼-维尔纳背景,一个独特的光谱签名显示了向红的$1\,μ$ m在观测到的NIRB光谱来源于星系在$z>5$。虽然光谱特征的详细形状和幅度取决于各种因素,包括恒星形成历史,IMF,LyC逃逸分数等,但最有趣的场景是有效的Pop III恒星形成即将到来的设施,如宇宙历史,再电离时代和冰探测器(SPHEREx)的光谱光度计。因此,在未来几年内,通过对NIRB的精确测量,将可以对高红移的Pop III恒星的丰度和形成历史进行新的限制。
2021-09-16 astro-ph.CO astro-ph.GA
Spectral Signatures of Population III and Envelope-stripped Stars in Galaxies at the Epoch of Reionization
虽然大多数对再电离时代的模拟都集中在恒星形成矮星系中的单恒星星族,但预计双星演化的产物将对氢电离光子的排放做出重大贡献。在这些产物中,有剥离星(或氦星),它们的外壳从与双伴星的相互作用中剥离,留下暴露的氦核心。以前的工作表明,这些剥离的恒星可以主导高红移低光度星系的LyC光子输出。早期宇宙中的其他硬辐射源包括零金属丰度的第三族恒星,它们可能与辐射主要由剥离恒星辐射的星系具有类似的SED性质。在这里,我们使用两个指标(幂律指数在波长间隔240-500,600-900,和1200-2000,和FUV波长的总光度比LyC波长)比较模拟星系的SED只有单一的恒星演化,星系包含剥离的恒星,星系包含第III族恒星,四个不同的IMF。我们发现,剥离的恒星显着改变星系的LyC范围内的SEDs在再电离的时代。存在剥离恒星的星系中的SED在LyC范围内具有较低的幂律指数,并且FUV与LyC的光度比也较低。这些SED的差异存在于所有被考虑的光度($M_{UV} > -15$,AB系统),并且在较低光度的星系中最为明显。我们还发现,与剥离的恒星和Pop III星的星系的SED是彼此不同的所有测试的IMF。
2021-08-10 astro-ph.GA
Late Pop III Star Formation During the Epoch of Reionization: Results from the Renaissance Simulations
我们目前的结果,从文艺复兴时期的模拟,一套极高的分辨率和物理丰富的辐射输运流体动力学宇宙学自适应网格细化模拟高红移星系形成的红移7.6的Pop III星的形成在蓝水超级计算机上进行。在大约220个Mpc $^3$的观测量中,我们发现了14个新近形成恒星的Pop III星系。Pop III星的形成时间之所以如此之晚,可能是由于两个因素:(1)金属富集过程是局部的,而且缓慢,在巨大的体积中留下了大量的原始气体;和(ii)早期星系中旺盛的富含金属的恒星形成所产生的强莱曼-沃纳辐射抑制了(“不是这样”)质量小于$\sim$ 3 $\times$ 10 $^7$ M $_\odot$的小型原始晕。我们量化这些Pop III星系和它们的Pop III恒星形成环境的属性。我们寻找最近发现的发光的Ly $α$发射体CR 7(Sobral et al. 2015)的类似物,该发射体被解释为富含金属的恒星形成星系内或附近的Pop III星团。我们发现并讨论了一个在某些方面与之类似的系统,然而Pop III星团的质量和亮度远远低于CR 7。
2016-04-12 astro-ph.GA
The spectral evolution of the first Galaxies. III. Simulated James Webb Space Telescope spectra of reionization-epoch galaxies with Lyman continuum leakage
使用四个不同的宇宙学模拟套件,我们生成合成光谱的星系不同莱曼连续逃逸分数(fesc)在红移z=7-9,在休息帧的波长范围内相关的詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)NIRSpec仪器。通过研究现实的恒星形成历史和金属丰度分布的EW(Hb)-β图(以前提出的一种工具,用于识别星系具有非常高的fesc)的影响,我们发现,这些影响都不可能危及识别极端莱曼连续泄漏的星系。根据我们的模型,我们预计基本上所有z=7-9的星系,其静止坐标系EW(Hb)< 30 μ m,fesc>0.5。关于恒星星族的电离通量或z>6星系的尘埃性质的错误假设原则上会使选择产生偏差,但这种类型的实质性模型缺陷同时也会显示出它们在EW(Hb)-β图中观测到的z>6星系分布与模拟的z>6星系分布之间的偏移。这样的偏移将允许这些观测值的JWST/NIRSpec测量作为进一步模型改进的输入。
2017-01-12 astro-ph.CO astro-ph.GA
Gravitational wave background from Population III binary black holes consistent with cosmic reionization
最近发现的引力波源GW 150914揭示了一个质量为$\sim 30~M_\odot$的合并双星黑洞(BBH)。先前关于这种大质量双星起源的提议包括第三星族(PopIII)恒星。PopIII恒星是BBH和$10-100$ Hz波段引力波背景(GWB)的有效制造者,也是早期宇宙电离辐射的有效制造者。我们量化的GWB($Ω_{\rm gw}$)和电子散射光学深度($τ_{\rm e}$),由PopIII星产生的振幅之间的关系,假设$f_{\rm esc}\approx 10\%$的电离辐射逃逸到星系际介质。我们发现,PopIII恒星将产生一个GWB,是由未来的O 5 LIGO/室女座,如果$τ_{\rm e} \gtrsim 0.07$,符合最近的普朗克测量$τ_e=0.055 \pm 0.09$检测。此外,PopIII BBH的背景光谱指数在$f \gtrsim 30$ Hz处变得与${\rm d}\ln Ω_{\rm gw}/{\rm d}\ln f\lesssim 0.3$一样小,这比通常由较低红移和质量较小的BBH产生的$\sim 2/3$值明显平坦。O 5 LIGO/Virgo在如此低的频率下探测到独特的平坦化,将表明存在高啁啾质量,高红移的BBH人口,这与PopIII起源一致。爱因斯坦望远镜对$30-50$ Hz附近光谱形状的精确描述也可以限制PopIII的初始质量函数和恒…
2016-06-13 astro-ph.CO astro-ph.GA
Efficient semi-analytic modelling of Pop III star formation from Cosmic Dawn to Reionization
本文提出快速可解释的 abcd 半解析模型,自洽追踪宇宙黎明至再电离期间原始与富金属气体中的 Pop III/Pop II 恒星形成,并预测高红移光度函数、瞬变率和21-cm信号。
2025-10-01 astro-ph.CO astro-ph.GA
Radiation magnetohydrodynamics simulations of Population III star formation during the Epoch of Reionization
Leiden University(莱顿大学);University of Bonn(波恩大学);University College London(伦敦大学学院);Flatiron Institute(平顶山研究所);Rutgers University(罗格斯大学)
研究宇宙再电离时期原初恒星形成过程及质量分布变化,通过高分辨率辐射磁流体力学模拟探讨不同红移和辐射环境对原初恒星质量分布的影响。
2026-01-21 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
Starbursting [O III] emitters and quiescent [C II] emitters in the reionization era
最近的观测已经成功地探测到[O III] $88.3\,{\rm μm}$和[C II] $157.6\,{\rm μm}$线的星系在早期宇宙的阿塔卡马大毫米阵列(ALMA)。结合宇宙学流体动力学模拟和辐射传输计算,给出了$z=6-15$上金属线辐射与星系演化的关系。我们发现,星系在其星爆阶段有高[O III]光度的$\sim 10^{42}~\rm erg~s^{-1}$。一旦超新星反馈淬灭了恒星的形成,[O III]光度迅速下降,并继续为零的$\sim 100\,{\rm Myr}$。在$z=6-9$处$\log{(\rm SFR/M_{\odot}~yr^{-1})}$和$\log{(L_{\rm [O_{III}]}/{\rm L_{\odot}})}$之间的关系的斜率为1.03,对于$\log{(L_{\rm [C_{II}]}/{\rm L_{\odot}})}$为1.43。由于恒星形成和反馈的金属富集,气体金属丰度从太阳下到太阳金属丰度增加,线光度比$L_{\rm [O_{III}]} / L_{\rm [C_{II}]}$从$\sim 10$到$\sim 1$减小,因为O/C丰度比由于AGB星富碳风而减小,并且{ \sc H\,ii}到{ \sc H\,i}区域的质量比由于快速复合而减小。因此,我们认为[O III]和[C II]线的组合是研究高$z$星系中电离气体…
2020-09-10 astro-ph.GA
Fireworks at Cosmic Dawn: relieving BAO-CMB tensions with the Pop III.1 Flash
University of California, Riverside(加州大学河滨分校);Arizona State University(亚利桑那州立大学);Carnegie Mellon University(卡内基梅隆大学);Chalmers University of Technology(查尔姆斯理工大学);University of Virginia(弗吉尼亚大学)
本文提出早期再电离阶段(如Pop III.1恒星驱动的闪光电离)可实现高光学深度τ~0.09,同时满足Lyα森林和patchy kSZ约束,从而缓解BAO与CMB测量间的紧张关系。
2026-06-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
A spectroscopic search for AGN activity in the reionization era
莱曼α(Ly $α$)发射在四个明亮的[O III]强恒星形成星系的样本中无处不在,红移超过7,这使得人们认为,与它们更暗、数量更多的同类相比,这种发光源代表了一种独特的种群。在再电离时期出现的Ly $α$发射可能表明,这些来源产生了早期的电离泡,这是由于它们异常强烈的辐射,可能是由于活动星系核的存在。为了检验这一假设,我们已经获得了长积分光谱与XSHOOTER的VLT的三个$z\simeq$ 7源选择具有相似的亮度和突出的过剩通量在IRAC 3.6或4.5 $μ$ m波段,通常归因于强[O III]发射。我们在凯克望远镜上使用MOSFIRE获得了其中一个$z$ =7.15星系的额外光谱。对于这一点,在我们的样本中最充分研究的来源与最强的IRAC过剩,我们检测到突出的星云发射从He II和NV指示的非热源。对于在$z$ =6.81和$z$ =6.85的其它两个源,对于其没有先前的光学/近红外光谱最初可用,在一个中看到Ly $α$,在另一个中看到CIII]发射。虽然一个温和的样本,我们的研究结果进一步支持的假设,强烈的[O III]排放的现象优先与源躺在早期电离气泡。然而,即使我们的一个源在$z$ =7.15处清楚地表明存在非热辐射,这种电离气泡可能不是以这种方式唯一出现的。我们讨论了JWST扩展这种具有挑战性的诊断研究的独特优势。
2017-08-17 astro-ph.CO astro-ph.GA
A hide-and-seek game: Looking for Population III stars during the Epoch of Reionization through the HeII$λ$1640 line
本文结合宇宙学模拟与HeII发射解析模型,研究利用JWST/NIRSpec在再电离纪元大质量星系中探测星族III恒星的可行性,指出其光度不确定性和视场限制,并提出对明亮星系外围星族III团块进行深光谱观测以实现明确探测。
2024-09-05 astro-ph.GA
Near-Infrared Spectroscopy of Galaxies During Reionization: Measuring C$\,$III] in a Galaxy at $\mathbf{z=7.5}$
我们提出了Keck/MOSFIREPDMATHABMM-波段光谱的目标C $\,$ III] $λ$ 1907,1909在$z=7.5056$星系先前确定通过Ly $α$发射。我们在$1.621\pm0.002\,μ$ m处检测到强的线发射,线通量为($2.63\pm0.52$)$\times10^{-18}$ erg s $^{-1}$ cm $^{-2}$。我们暂时将这条谱线确定为[C PDMATHAMN III] PDMATHAMO 1907,但由于预期位置的天空发射,我们无法检测到C PDMATHAMN III] PDMATHAMO 1909。这给出了星系系统红移,$z_{sys}=7.5032\pm0.0003$,与Ly $α$的速度偏移为$Δ$ v $_{Lyα}$ = $88\pm27$ km s $^{-1}$。C $\,$ III]/Ly $α$的比值为0.30-0.45,是所有$z>2$星系中测量到的最高值之一。我们未检测到Si $\,$ III] $λλ$ 1883、1892,并将上限设为Si $\,$ III]/C $\,$ III] $<$ 0.35($2σ$)。将我们的结果与光电离模型进行比较,C $\,$ III]等效宽度(W $_{\text{CIII]}} = 16.23\pm2.32\,$)、低Si $\,$ III]/C $\,$ III]比率…
2019-05-21 astro-ph.GA
Constraining local UV field geometry at reionization using Milky Way satellites
我们提出了一个新的银河系卫星星系人口的半解析模型,旨在估计在星系尺度上的卫星的属性的再电离的几何形状的效果。在这个模型中,再电离可以是:(A)外部驱动和均匀的,或者(B)内部驱动,由银河系最大的祖先。在后一种情况下,电离前沿的传播和光子稀释会导致外部卫星气体相对于内部卫星的光蒸发延迟。因此,外层卫星的恒星形成期比内层卫星要长。我们使用简单的模型来解释恒星的形成,电离前沿的传播,光蒸发和观测偏差。这两种情况产生一个模型卫星人口相匹配的观测光度函数和质量-光比。然而,情景(B)的预测人口在空间上比情景(A)要远得多,约为0.3 dex,因此与观测结果的匹配程度要好得多。在卫星的径向分布再电离过程中留下的本地紫外线场的签名的生存,使其成为一个很有前途的工具,在银河系和附近的星系在星系尺度上的再电离时代的恒星解决与即将到来的大型调查。
2011-11-07 astro-ph.CO astro-ph.GA
Bridging Optical and Far-Infrared Emission-Line Diagrams of Galaxies from Local to the Epoch of Reionization: Characteristic High [O III] 88 $\mathrm{μm}$/SFR at $z > 6$
我们提出了在$z\sim0$,$2$和$> 6$的星系人口的光电离建模桥梁光学和远红外(FIR)发射线图。我们收集星系的光学和/或FIR测量([O III] 88 $\mathrm{μm}$和[C II] 158 $\mathrm{μm}$)发射线通量,并将其绘制在[O III] $\lambda5007/\mathrm{Hβ}$ -[N II] $\lambda6585/\mathrm{Hα}$(BPT)和L([O III]88)/SFR-L([C II]158)/SFR图,其中SFR是恒星形成率,L([O III]88)和L([C II]158)是FIR线光度。我们的目标是解释两个图表上的星系分布与光电离模型,采用三个星云参数:电离参数$U$,氢密度$n_\text{H}$,和气态金属丰度$Z_\text{gas}$。我们的模型成功地再现了本星系的星云参数,并预测了$z\sim0$、$2$和$> 6$星系在图上的分布。预测的分布说明了所有图表上的红移演化;例如,[O III] $/\mathrm{Hβ}$和[O III]88/[C II]158比值从$z > 6$到$0$连续降低。具体来说,$z > 6$星系表现出$\sim\!0.5$指数较高的$U$比低红移星系在一个给定的$Z_\text{gas}$和显示预测的平坦分布的BPT图上的$\log{\mathrm{[O III]…
2022-07-12 astro-ph.GA
The first fireworks: A roadmap to Population III stars during the Epoch of Reionization through Pair Instability Supernovae
本文通过模拟和巡天预测,评估在再电离纪元利用JWST和Roman望远镜探测第三族恒星不稳定对超新星的可行性,发现平均每个JWST视场预期少于一个,但最佳情况下Roman可发现约一个,且这些超新星多位于宿主晕外围,便于观测。
2023-11-13 astro-ph.GA
A quantification of the effects using different stellar population synthesis models for epoch of reionization
本文利用 L-Galaxies 2020 半解析模型量化了不同恒星族合成模型对高红移星系紫外光度函数和再电离纪元电离光子预算的影响,发现模型间光度函数差异不超过 0.5 dex,而 BPASS 模型产生的电离光子可比其他模型多约 100%。
2024-05-03 astro-ph.CO astro-ph.GA
The THESAN-ZOOM project: Population III star formation continues until the end of reionization
本文利用 THESAN-ZOOM 项目的 14 个高分辨率缩放模拟,发现第三星族恒星在低质量晕中持续形成至再电离结束的红移 $z=5$,其残骸主要存在于大晕的卫星星系中,为解释詹姆斯·韦伯空间望远镜观测提供了理论依据。
2025-06-20 astro-ph.GA
Reionization of the Local Group of Galaxies
我们提出了第一个详细的结构形成和辐射转移模拟我们的宇宙邻居的再电离历史。为此,我们通过约束模拟来跟踪本星系群和附近星系团的形成,该模拟使用现有的观测约束来构建这些结构的表示,这些结构再现了它们目前的实际位置和性质。我们发现,再电离历史的本地集团是强烈依赖于假设的电离源的光子产生效率,这仍然是很差的约束。如果源是相对有效的,即过程是“光子丰富的”,本星系团主要是由附近的星系团外部电离。或者,如果源是低效的,即再电离是“光子贫乏的”,则本振群在很大程度上被孤立并自我再电离。再电离的模式,外部与内部,对我们的邻居的演变有重要的影响,例如它的卫星星系种群和原始恒星星族。因此,这为通过详细研究我们附近的结构来理解年轻的宇宙提供了一个重要的途径。
2010-05-18 astro-ph.CO astro-ph.GA
Local Group Ultra-Faint Dwarf Galaxies in the Reionization Era
受本星系群矮星系恒星化石记录的启发,我们发现最暗超暗矮星系(UFD; ${\rm M}_{\rm V}$ $\sim -2$或${\rm M}_{\star}$ $\sim 10^{2}$ at $z=0$)的恒星形成祖先在再电离($z\sim6-10$)期间具有${\rm M}_{\rm UV}$ $\sim -3$到$-6$的紫外(UV)光度。这种微弱星系的存在对星系形成和再电离的早期阶段有着重要的意义。如果再电离过程中紫外光度函数(UVLF)的暗端斜率很陡,($α\lesssim-2$)到${\rm M}_{\rm UV}$ $\sim -3$,那么:(i)UFD的祖先产生了来自星系的UV通量的$>50$ %,(ii)星系可以维持再电离,其逃逸分数比目前采用的值低2倍;(iii)直接的HST和JWST观测可能只探测到来自星系的紫外光的$\sim10-50$ %;(iv)宇宙恒星形成历史在$z\gtrsim6$处增加了$\gtrsim4-6$。如果高红移UVLF翻转,来自UFD的显著通量以及由此产生的与LG矮星系计数的紧张关系将减少。与UVLF形状无关,大量UFD的存在需要在再电离期间对${\rm M}_{\rm UV}$ $\sim -3$的非零光度函数。
2017-02-20 astro-ph.CO astro-ph.GA
Accretion History of AGN III: Radiative Efficiency and AGN Contribution to Reionization
超大质量黑洞(SMBH)生长的宇宙历史对于理解星系演化、再电离和吸积物理具有重要意义。最近的NuSTAR、Swift-BAT和\textit{Chandra}硬X射线巡天对活动星系核的空间密度提出了新的限制。使用新的X射线光度函数从这些数据中得出,我们在这里估计的吸积效率的SMBHs和它们的再电离的贡献。根据X射线辐射和遮蔽柱密度分布,转换成紫外波长,计算了活动星系核(AGN)电离辐射总量与红移的函数关系。将光度函数限定为活动星系核,我们的结果与当前活动星系核的紫外光度函数一致。对于逃逸分数的现实假设,所有活动星系核对宇宙再电离的贡献是$\sim4$倍,低于星系的贡献(在$z\sim6$为23%)。我们的研究结果还提供了一个观测约束的处方,可用于星系演化的模拟或模型。为了估计超大质量黑洞将质量转化为光的平均效率,我们将总辐射能量与最近的局部黑洞质量密度进行了比较,总辐射能量是使用热辐射校正从X射线光转换而来的。最有可能的值是$η\sim 0.3-0.34$,接近最大旋转克尔黑洞的理论极限$η=0.42$,这意味着平均而言,成长中的超大质量黑洞正在快速旋转。
2020-09-16 astro-ph.GA astro-ph.HE physics.space-ph
Legacy of star formation in the pre-reionization universe
我们利用GIZMO,再加上新开发的子网格模型的人口~III(Pop~III)和人口~II(Pop~II),研究在再电离前宇宙的恒星形成的遗产。我们发现,Pop~II恒星形成率密度(SFRD),在我们的模拟($\sim 10^{-2}\ \Msun{\rm yr^{-1}\, Mpc^{-3}}$在$z\simeq 10$),匹配的总SFRD从$<2$在$7\lesssim z \lesssim10$的一个因素内的观测推断。然而,Pop~III SFRD通过$z\approx10$在$\sim10^{-3}\ \Msun{\rm yr^{-1}\, Mpc^{-3}}$处达到平台,基本上不受Pop~II反馈的存在的影响。当$z$ =7.5时,Pop~III星形成的$\sim 20\%$发生在从未经历过任何Pop~II星形成的孤立晕(即原始晕)中。我们预测只有Pop~ III星系存在于$M_{\rm UV}\gtrsim -11$等,超出了{ \it詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)}直接探测的极限。我们评估,我们的恒星质量函数(SMF)和紫外光度函数(UVLF)同意与$z=8$和$10$观测到的低质量/暗端行为。然而,超出电流限制幅度,我们发现,我们的SMF和UVLF都表现出偏离/营业额从预期的幂律斜率($M_{\rm UV,turn}= -13.4\pm1.1$在$z$ =10)。当…
2019-06-01 astro-ph.GA
When did Population III star formation end?
通过将宇宙学模拟数据与半解析模型相结合,构建了一个研究后再电离时期($z\lesssim 6$)第三星族(PopIII)恒星形成的理论框架.我们发现,由于辐射反馈(即莱曼-沃纳和电离辐射)大规模的晕($M_{\rm halo}\gtrsim 10^{9}\ \rm M_{\odot}$)是主要的($\gtrsim 90$ %)主机潜在的Pop III星形成在$z\lesssim 6$,在那里密集的口袋金属贫气体可能生存下来,形成Pop III星,在超新星释放的金属的低效率混合。金属混合不仅是决定Pop III恒星形成何时结束的关键过程,也是决定每个主晕中\textit{active} Pop III恒星的总质量$M_{\rm PopIII}$的关键过程,这是直接探测和识别Pop III主晕的关键参数。这两个方面仍然是不确定的,由于我们有限的知识,金属混合在结构形成。目前的预测范围从早期终止在年底的再电离($z\sim 5$),以连续的Pop III恒星形成扩展到$z=0$在一个不可忽略的速度$\sim 10^{-7}\ \rm M_{\odot}\ yr^{-1}\ Mpc^{-3}$,与$M_{\rm PopIII}\sim 10^{3}-10^{6}\ \rm M_{\odot}$。这导致了目前和未来的空间望远镜(如HST、WFIRST和JWST)直接探测Pop III宿主$z…
2020-07-18 astro-ph.CO astro-ph.GA
Constraining the epoch of reionization from the observed properties of the high-z Universe
我们结合观测数据的十几个独立的宇宙属性在高$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
X-ray Background at High Redshifts from Pop III Remnants: Results from Pop III star formation rates in the Renaissance Simulations
由于X射线具有较长的平均自由程,因此X射线在大尺度上的加热和电离过程将对星系际介质(IGM)的性质产生重大影响。在高红移时,来自星族(Pop)III双星的X射线可能对宇宙再电离和莱曼α森林有重要影响。作为我们之前关于Pop III双星X射线的工作(Xu et al. 2014)的延续,我们使用来自Renaissance Simulations的Pop III分布和演化,这是第一个星系形成的一套自洽宇宙辐射流体力学模拟,以计算红移范围20 > z > 7.6的X射线光度密度和背景。由于我们发现Pop III恒星的形成以一个低的、几乎恒定的速率持续到再电离的结束,与其他可能的X射线源相比,X射线正在以显著的速率持续产生,如活动星系核和正常的X射线双星在同一时期。我们估计,Pop III双星产生约6电子伏特的能量在X射线每氢原子。计算了不同单色光子能量下的X射线本底。KeV的X射线会发生红移并积累,从而产生一个强的X射线背景光谱,其范围大约为500 eV。X射线背景强到足以将IGM加热到~ 1000 K,并使几个百分比的中性氢蒸发。这些影响是重要的中性氢超精细过渡21厘米线签名的理解,Ly α森林,和光学厚度的CMB汤姆逊散射。
2016-10-07 astro-ph.CO astro-ph.GA
Stellar Population Effects on the Inferred Photon Density at Reionization
恒星星族与其辐射周围环境的电离通量之间的关系对星系际介质的演化有着深刻的意义。我们量化的电离通量所产生的合成恒星星族,其中包括相互作用的双星演化。我们确定,这些表明电离通量在0.05 < Z < 0.3 Z_sun时增加了60%,在近太阳金属丰度时增加了10%-20%,相对于恒星孤立演化的恒星形成种群。电离通量与1500 A连续谱和紫外光谱斜率等观测量的关系对恒星星族的年龄、恒星形成历史和初始质量函数等属性很敏感。对于一个形成1 M_sun/年^{-1}的星系,在恒星形成开始后> 1亿年观测到的,我们预测能够电离氢的光子的产生率,在Z = Z_sun时N_ion = 1.4 x 10^{53} s^{-1},在0.1 Z_sun时为3.5 x 10^{53} s^{-1},假设初始质量函数类似Salpeter。我们评估了这些问题对星系际介质电离的影响,发现已知的星系群可以将宇宙的电离状态维持到z ~ 9,假设它们的光度函数继续到M_UV =-10,在z ~ 2 - 5处对星系际介质的约束可以满足4 - 10 μ m的适度莱曼连续谱光子逃逸分数。24%,取决于假定的金属丰度。
2015-12-03 astro-ph.CO astro-ph.GA
Evaluating the Accuracy of Reionization Prescriptions in Semi-analytic Models of the First Stars and Galaxies
本文评估三种半解析再电离方案,发现旧模型高估电离区暗晕比例达一个数量级,新模型通过考虑宇宙网密度结构,与Renaissance模拟吻合良好。
2025-08-06 astro-ph.CO astro-ph.GA
Effects of chemically homogeneous evolution of the first stars on the 21-cm signal and reionization
本文研究第一代恒星(Pop III)的化学均匀演化(CHE)对21厘米信号和宇宙再电离的影响,发现CHE增强电离能力、降低所需恒星质量密度约2倍,并使21厘米吸收信号变浅、大尺度功率下降,表明无金属恒星演化对早期宇宙研究至关重要。
2025-07-24 astro-ph.GA astro-ph.SR
Dark-ages Reionization & Galaxy Formation Simulation II: Spin and concentration parameters for dark matter haloes during the Epoch of Reionization
我们使用高分辨率的N体模拟研究的浓度和自旋参数的暗物质晕的质量范围$10^8\, {\rm M}_{\odot}\, h^{-1} < {\rm M} < 10^{11}\, {\rm M}_{\odot}\, h^{-1}$和红移$5{<}z{<}10$,对应的星系晕被认为是负责再电离。我们建立了一个子样本的平衡晕和对比他们的属性,也包括非放松系统的完整人口。通过将NFW和Einasto剖面拟合到单个晕的球平均密度剖面来计算浓度。在去除平衡外的晕后,我们发现一个$z{>}5$浓度$-$质量($c(M)$)的关系,几乎是平坦的,以及描述了一个简单的幂律NFW和Einasto拟合。在$z=5$中,平均值关系周围的固有离散度为$Δc_{\rm{vir}}{\sim1}$(或20%)。我们还发现,由Ludlow等人提出的分析模型。再现晕浓度的质量和红移依赖。我们的最佳拟合Einasto形状参数$α$以$α{=}0.0070ν^2{+}0.1839$准确描述的方式取决于峰高$ν$。自旋参数$λ$的分布对平衡态的依赖性很弱;对于我们的弛豫样品,$λ$的峰值大约在${\sim}0.033$,对于全布居,峰值在${\sim}0.04$。自旋-维里质量关系在高红移处有轻微的负相关。
2015-12-02 astro-ph.CO astro-ph.GA
Detection of the Far-infrared [O III] and Dust Emission in a Galaxy at Redshift 8.312: Early Metal Enrichment in the Heart of the Reionization Era
我们提出了阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列(ALMA)检测的[O III] 88 $μ$ m线和休息帧90 $μ$ m尘埃连续辐射在Y-脱落莱曼break星系(LBG),MACS 0416_Y1,躺在后面的前沿场集群MACS J0416.1-2403。这个[O III]探测证实了光谱红移为$z = 8.3118 \pm 0.0003$的LBG,使这个物体成为有史以来最远的星系之一。观测到的850 $μ$ m的$137 \pm 26$ $μ$ Jy的通量密度对应于一个去透镜的总红外(IR)光度为$L_{\rm IR} = (1.7 \pm 0.3) \times 10^{11} L_{\odot}$,如果假设尘埃温度为$T_{\rm dust} = 50$ K和辐射指数为$β= 1.5$,产生一个大的尘埃质量$4 \times 10^6 M_{\odot}$。紫外线到远红外光谱能量分布建模的[O III]发射率模型被纳入建议存在一个年轻的($τ_{\rm age} \approx 4$ Myr),恒星形成(SFR $\approx 60 M_{\odot}$ YR $^{-1}$),中度金属污染($Z \approx 0.2 Z_{\odot}$)恒星组件的质量为$M_{\rm star} = 3 \times 10^8 M_{\odot}$。一个单一的恒星形成事件的分析尘埃质量演化模型…
2019-02-11 astro-ph.GA
Cosmic Reionization On Computers. Ultraviolet Continuum Slopes and Dust Opacities in High Redshift Galaxies
我们比较了宇宙再电离计算机(CROC)计划中的模型星系的恒星星族的性质与现有的紫外和红外数据。由于CROC模拟不直接遵循宇宙尘埃,我们采用了两种变体的尘埃遵循金属的尘埃填充模型星系的尘埃。利用尘埃辐射转移程序,我们计算了模拟星系的合成恒星光谱、紫外连续谱斜率和红外辐射通量。我们发现,模拟结果一般与观测测量结果相匹配,但可能并不完全详细。这些差异似乎表明,我们采用的粉尘跟随金属ansatzes是不够的。虽然与现有数据的差异是微不足道的,但未来的JWST数据将具有更高的精度,使理论和观测之间的任何暂定差异都非常显着。因此,为了充分利用JWST观测的精度,可能需要对尘埃的形成、演化和破坏进行完全动力学建模。
2016-02-25 astro-ph.CO astro-ph.GA
Effects of feedback-free starburst galaxies on the 21-cm signal and reionization history
本文研究无反馈星暴星系对21厘米信号和再电离历史的影响,建模其对popII恒星形成效率的贡献并预测HERA通过功率谱探测此类星系的能力。
2024-07-01 astro-ph.CO astro-ph.GA
Lyman-alpha opacities at z=4-6 require low mass, radiatively-suppressed galaxies to drive cosmic reionization
高红移的莱曼-α森林,特别是冈恩-彼得森槽,是再电离时代(EoR)发生的中性到电离的星系间介质(IGM)转变的最明确的标志。最近的研究,例如Kulkarni等人(2019 a)和Keating等人(2019),表明在重叠后再现观测到的莱曼α不透明度需要宇宙发射率的非单调演变:上升,在z=6时达到峰值,然后向前降低到z=4。考虑到星系的形成和宇宙恒星的形成率在这些时期仍然在不断上升,这样的演化是令人困惑的。在这里,我们使用新的RAMSES-CUDATON模拟表明,这样的峰值演化可能会自然发生在一个完全耦合的辐射流体动力学框架。在我们的基准运行中,z>6处的宇宙发射率主要由低质量(M $_{\rm DM}<2.10^9$ M $_{\odot}$)、高逃逸分数晕群控制,驱动再电离,直至重叠。接近z=6时,由于电离UV背景的上升,该群体被辐射抑制,并且其发射率下降。在此期间,高质量的晕人口建立和它的发射率上升,但不够快,以补偿低质量晕的调光,因为低逃逸分数。因此,这两个群体的电离发射率的组合自然导致宇宙发射率的上升和下降,从z=12到z=4,在z=6处达到峰值。另一种运行的特点是高质量晕的逃逸分数较高,随后在低质量下抑制,导致电离速率过冲,IGM过度电离,因此莱曼α不透明度过低。
2021-09-01 astro-ph.CO astro-ph.GA
Probing the Epoch of Reionization with Milky Way Satellites
虽然高红移恒星形成和本地宇宙之间的联系最近已被用来了解在银河系(MW)晕中观测到的微弱矮星系的人口,我们探讨如何以及这些附近的物体可以探测第一光的时代。我们构建了一个详细的,物理动机的MW卫星模型的基础上,国家的最先进的通过Lactea II暗物质模拟。我们的模型考虑了低质量系统中的分子氢冷却和银河系内部再电离过程中的非均匀光热反馈。我们发现,比M_V ~ -5更暗的MW卫星的存在是低质量晕中H_2冷却的有力证据,而M_V ~-5> -9的卫星则受到氢冷却和光加热反馈的影响。非常低光度系统中恒星的年龄和这些卫星的最小光度是我们模型的关键预测。大多数居住在最明亮的MW卫星上的恒星可能是在再电离时期之后形成的。我们的模型还预测了M_300值的离散度要比观测到的大得多,并且预测了一些M_300质量低至10^6太阳质量的发光卫星。
2009-09-10 astro-ph.CO astro-ph.GA
Catching the Nebular Needle in a Polluted Haystack: Line-emission Signatures from Population III-forming Pockets around Massive Galaxies at the End of Reionization
University of Texas at Austin(德克萨斯大学奥斯汀分校);Cosmic Frontier Center, The University of Texas at Austin(德克萨斯大学奥斯汀分校宇宙前沿中心);Sapienza, Università di Roma(罗马第一大学);INFN, Sezione di Roma I(意大利国家核物理研究所罗马第一分部);INAF-Osservatorio Astronomico di Roma(意大利国家天体物理研究所罗马天文台);Weinberg Institute for Theoretical Physics, University of Texas at Austin(德克萨斯大学奥斯汀分校温伯格理论物理研究所)
利用dustyGadget宇宙学模拟,研究再电离末期大质量星系中第三族恒星团的HeII1640线发射可探测性,发现其亮度远超第二族恒星,但金属线不能排除第三族恒星存在,并提出基于Lyα、Hα、Hβ的候选体选择策略。
2026-06-12 astro-ph.GA
Texas Spectroscopic Search for Ly$α$ Emission at the End of Reionization III. the Ly$α$ Equivalent-width Distribution and Ionized Structures at $z > 7$
星系的Ly $α$辐射可以用来表征星系际介质(IGM)的电离态。我们报告了我们的搜索在$z>7$使用全面的凯克/MOSFIRE近红外光谱数据集,作为德克萨斯州光谱搜索的一部分,在再电离调查结束时的Ly $α$发射。我们分析了10个晚上的MOSFIRE观测的数据,这些观测共同针对GOODS-N场中的72个高$z$候选星系,所有这些星系的深度曝光时间为4.5-19 hr. Utilizing改进的自动发射线搜索,我们报告了在$z>7$检测到的10条Ly $α$发射线($>$ 4 $σ$),显着增加了光谱确认的样本。我们的样本包括大的等效宽度(EW)Ly $α$发射体($>$ 50 μ m),以及从另外五个星系中在3 - 4 $σ$处检测到的额外的暂定Ly $α$发射线。我们限制在$z\sim7.6$的LY $α$ EW分布,发现从$z\lesssim6$显著下降,表明在这个时代的IGM中中性氢(HI)的比例增加。我们估计了Ly $α$通过IGM的传输($=$ EW $_{z\sim\text{7.6}}$ /EW $_{z\sim\text{2-6}}$),并推断在$z\sim7.6$下$49^{+19}_{-19}\%$的IGM HI分数($X_{\text{HI}}$),其在适度张力下较低($>$ 1 $σ$),最近在$z \sim$ 7.6下测量。检测到的Ly $α$发射体的空间…
2020-12-03 astro-ph.GA
Dark-ages reionization & galaxy formation simulation V: morphology and statistical signatures of reionization
本文利用数值模拟中的暗期、再电离和星系形成观测量(DRAGONS)框架,研究了星系形成物理对再电离期(EoR)电离氢(HII)区形态和统计的影响。DRAGONS自洽耦合半解析的星系形成模型与非均匀电离紫外背景,因此可以用来研究的电离源星系人口的反馈现象的形态和统计的依赖性的再电离。星系形成物理学的变化改变了HII区域的大小以及21厘米功率谱的振幅和形状。在星系物理学的研究中,我们发现超新星反馈在再电离中起着最重要的作用,在没有这种反馈的情况下,HII区域高达$\approx 20$ %的较小和功率谱振幅的分数差异高达$\approx 17$ %。我们比较我们的星系形成为基础的再电离模型与过去的计算,假设恒定的恒星晕质量比,并发现,正确选择的最小晕质量,这样的模型可以模仿预测的再电离形态。因此,在固定的中性分数的再电离形态是唯一的决定由星系形成的细节,但对托管的电离源的大部分晕的质量是敏感的。因此,简单的EoR参数化是再电离统计的准确预测。然而,使用未来的21厘米观测来完全理解再电离将需要结合其他观测,用现实的星系形成模型来解释。
2016-08-15 astro-ph.CO astro-ph.GA
Scaling Relations for Galaxies Prior to Reionization
宇宙中的第一个星系是所有观测到的星系的组成部分。我们提出了星系形成的红移$z \ge 15$时,再电离的标度关系刚刚开始。我们利用"Rarepeak“宇宙辐射流体动力学模拟,捕获了3,300多个星系的完整恒星形成历史,从形成于小至~ $10^6 M_\odot$的暗物质晕中的大质量第三星族恒星开始。我们作出各种之间的相关性散装晕量,如维里,气体,恒星质量和金属丰度和各自的吸积率,量化的各种属性的第一星系晕质量的$10^9 M_\odot$。星系的形成并不仅仅局限于维里温度大于$10^4$ K的原子冷却晕,在那里我们发现了一个二分法的星系性质之间的晕以上和以下这个临界质量尺度。低于原子冷却极限的晕具有恒星质量-晕质量关系$\log M_\star \simeq 3.5 + 1.3\log(M_{\rm vir} / 10^7 M_\odot)$。我们发现最小的星系的金属丰度和晕质量之间的非单调关系。他们最初的恒星形成事件丰富的星际介质和随后的恒星形成的中位数$10^{-2} Z_\odot$和$10^{-1.5} Z_\odot$,分别在晕的总质量$10^7 M_\odot$,然后稀释的金属贫流入,远远超过人口III预富集水平的$10^{-3.5} Z_\odot$。这里提出的标度关系可用于再电离,星系形成和化学演化的模型,以考虑这些星系形成前再电离。
2014-09-03 astro-ph.GA
Astraeus VI: Hierarchical assembly of AGN and their large-scale effect during the Epoch of Reionization
在这篇文章中,我们使用ASTRAEUS(N体暗物质模拟中星系形成和再电离的半数值辐射转移耦合)框架来研究宇宙再电离源的性质。我们扩展ASTRAEUS,它已经耦合了一个星系形成半解析模型与详细的半数值再电离计划,包括一个模型的黑洞的形成,增长,并从相关的活动星系核(活动星系核)的电离辐射的生产。我们校准了我们的基准活动星系核模型,以再现z ~ 5处的热光度函数,并探讨了由此产生的活动星系核人口在宇宙再电离中的作用。我们发现,在所有得到合理活动星系核光度函数的模型中,星系在再电离时期的电离收支中占绝对优势,活动星系核在z=6时占电离收支的1-10%,只有在z < 5时才开始发挥作用。
2022-07-26 astro-ph.CO astro-ph.GA
Cosmic Reionization and Early Star-Forming Galaxies: A Joint Analysis of New Constraints from Planck and Hubble Space Telescope
我们讨论了新的宇宙再电离时代的限制和测试的假设,即大多数的电离光子负责产生高红移恒星形成星系。通过对z~6-8类星体、伽马射线暴和可能有莱曼α辐射的星系的光谱研究,在绘制再电离结束图方面取得了很好的进展。然而,最严格的限制,其持续时间来自集成的光学深度,τ,汤姆逊散射的宇宙微波背景。利用哈勃空间望远镜观测到的遥远星系丰度和光度分布的最新数据,我们同时匹配了普朗克合作组最近报道的约化值τ =0.066 +/- 0.012和具有6 <~ z <~ 10范围内再电离历史的星系际介质的演化中性,从而减少了对大量非常高红移(z>>10)星系的需求。我们的分析加强了恒星形成星系主导再电离过程的结论,并对即将到来的21厘米实验和詹姆斯韦伯太空望远镜寻找早期星系具有重要意义。
2015-03-02 astro-ph.CO astro-ph.GA
Unique Signatures of Population III Stars in the Global 21-cm Signal
我们调查的影响,第三族恒星的天空平均21厘米的背景辐射,跟踪集体发射的所有来源的紫外线和X射线光子再电离完成之前。虽然来自PopIII恒星的紫外光子原则上可以将21 cm跃迁的辐射耦合的开始-以及潜在的再电离-转移到早期,但我们发现PopIII恒星的残余物可能对21 cm信号产生比PopIII恒星本身更明显的影响。来自这种源的X射线优先在早期加热IGM,这延长了再加热的时期,并导致从吸收信号到发射的更渐进的过渡。这种逐渐加热引起了广泛的,不对称的翅膀的吸收信号,这与相对尖锐的,对称的信号,出现在模型治疗PopII源只。一个更强的PopIII特征,其中吸收最小值的位置变得与PopII模型不一致,需要极端的恒星形成事件,这可能在物理上是不合理的,进一步相信相对较高频率的吸收槽,$ν_{\min} \sim 100$ MHz的预测。因此,虽然光是波谷的位置可能不足以显示出PopIII的存在,但只要PopIII IMF足够头重脚轻,并且至少有一些PopIII恒星在双星中形成,即使在过渡到PopII恒星形成之前,每个晕中只有少数PopIII恒星形成,也应该会出现不对称的翅膀。
2017-10-06 astro-ph.CO astro-ph.GA
Connecting the first galaxies with ultra faint dwarfs in the Local Group: chemical signatures of Population~III stars
我们研究了孤立的本星系群超暗矮星系(UFD;恒星质量范围为10^2太阳质量< M_star <10^5太阳质量)和富含气体的低质量矮星(Leo P类似物;恒星质量范围为10^5太阳质量< M_star <10^6太阳质量)的恒星形成历史和化学演化。我们进行了一套宇宙流体动力学放大模拟,以跟踪它们从第一代恒星时代到z=0的演化。我们确认,再电离,结合超新星(SN)的反馈,是主要负责截断恒星形成的UFD。具体来说,维里质量M_vir < 2 x 10^9太阳质量的晕在再电离前形成了> 90%的恒星。我们的工作进一步证明了第三星族(Pop~III)星在产生低金属丰度星($\rm [Fe/H]\lesssim-4$)和碳增强贫金属星(CEMP)方面的重要性,这些星具有固有的高$\rm [C/Fe]$产额和相关的外部金属富集。我们发现UFD是一个复合系统,由多个祖先晕组装而成,其中一些仅容纳在邻近晕中SNe外部富集的环境中形成的PopII星,自然产生金属丰度极低的PopII星。我们说明了如何模拟化学富集可用于约束恒星形成历史(SFHS)的真实观测UFD。我们发现Leo P类似物可以形成晕,M_vir ~ 4 x 10^9太阳质量(z=0)。这样的系统受再电离的影响较小,并继续形成恒星,直到z=0,导致更高的金属丰度尾。最后,我们预测在LG UFD星系中存在极低金属丰度的恒星,它们保留了Pop…
2017-09-25 astro-ph.GA
A new prescription for the spectral properties of population III stellar populations
本文利用 GALSEVN 模型刻画 EoR 极低金属丰度 Pop III 恒星族群的光谱、电离光子与超新星性质,并评估双黑洞引力波可探测性。
2025-02-19 astro-ph.GA astro-ph.HE
Low-mass galaxy formation and the ionizing photon budget during reionization
我们使用高分辨率的宇宙学体积模拟星系形成在高红移,研究的光子预算的再电离的目标。我们证明了星系形成模型,包括一个强大的,热耦合超新星计划再现当前的恒星形成率和特定的恒星形成率的观测,无论是在再电离时代。这些模型产生了足够的紫外光子来维持z<8(z<6)的再电离,通过一个假设逃逸分数为20%(5%)的微弱的,未观察到的星系的显着人口。这一预测的人口是一致的外推观察到的紫外线光度函数的微弱结束。我们发现,从全球紫外/X射线背景加热后再电离的原因在全球总的恒星形成率密度在星系低于目前的观测阈值下降。最后,虽然目前观察到的特定恒星形成率无法区分超新星反馈模型,但足够深入的观测将能够在未来使用这一诊断来研究高红移下的星系形成。
2014-07-20 astro-ph.GA
Exploring Reionization-Era Quasars III: Discovery of 16 Quasars at $6.4\lesssim z \lesssim 6.9$ with DESI Legacy Imaging Surveys and UKIRT Hemisphere Survey and Quasar Luminosity Function at $z\sim6.7$
这是一个系列中的第三篇论文,旨在通过DESI遗产成像巡天(DELS)和近红外成像巡天(如UKIRT半球巡天(UHS))以及宽场红外巡天探索($WISE$)中红外巡天的组合来寻找再电离时代的类星体。本文描述了更新的类星体候选者选择程序,报告了在$6.4\lesssim z \lesssim6.9$上从$\sim$ 13,020 deg $^2$区域发现的16个类星体,并给出了$z\sim6.7$上的类星体光度函数(QLF)。测量的QLF在幅度范围$27.6<M_{1450}<-25.5$中跟随$Φ(L_{1450})\propto L_{1450}^{-2.35}$。我们确定了$\langle z \rangle$ =6.7和$M_{1450}<-26.0$处的类星体共动空间密度为$\rm 0.39\pm0.11 Gpc^{-3}$,并发现从$z\sim6$到$z\sim6.7$的指数密度演化参数为$k=-0.78\pm0.18$,对应于向早期每单位红移迅速下降一个$\sim 6$的因子,其速度明显快于$z\sim 3- 5$处。$z\sim6$和$z\sim6.7$之间的宇宙时间只有1.21亿年。类星体密度在如此短的时间内下降了三倍以上,这要求SMBH必须迅速增长,否则它们在更高的红移下辐射效率较低。我们在$z\sim6.7$上测量了类星体的共动发射率,这表明高红移类星体不太可能对…
2018-10-29 astro-ph.GA
The Evolution of Population III and Extremely Metal-Poor Binary Stars
本文利用MESA代码研究Pop III和极贫金属双星演化,发现质量转移等双星相互作用可显著改变紫外光子产率、超新星类型及核合成产率,并提供了用于宇宙学模拟的光子产率拟合公式。
2023-05-29 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
Galaxy Properties and UV Escape Fractions During Epoch of Reionization: Results from the Renaissance Simulations
宇宙再电离被认为主要是由第一代星系提供燃料。我们研究他们的恒星和气体性质,专注于恒星形成率和电离光子逃逸,作为晕质量,红移和环境的函数,使用全套的{ \it文艺复兴模拟},着眼于提供更好的输入全球再电离模拟。这个套件,进行自适应网格细化代码恩佐,是前所未有的,在他们的大小和物理成分。模拟探测了宇宙中数百个共动的Mpc $^3$的过密、平均和欠密区域,每个区域产生了超过3,000个质量范围为$10^7 - 10^{9.5}~\Ms$的晕,它们的最终红移分别为15、12.5和8。在这个过程中,我们在每个模拟中模拟了5,000到10,000颗无金属(第三星族)恒星的辐射和超新星反馈的影响。我们发现,小到$10^7~\Ms$的晕能够形成恒星,这是由于大质量第三星族恒星早期富集的金属线冷却。然而,我们发现这样的晕并不连续地形成恒星。利用我们的大样本,我们发现星系晕占据分数从单位质量下降到$10^{8.5}~\Ms$以上,在$10^8 ~\Ms$的$\sim$ 50%,在$10^7~\Ms$的$\sim$ 10%,与红移和区域完全无关。它们的平均电离逃逸分数在质量范围$10^8 - 10^9~\Ms$内为$\sim$ 5%,在低于此范围时随晕质量的减小而增加,在$10^7~\Ms$时达到40- 60%。有趣的是,我们发现逃逸分数在10- 20%之间变化的维里质量$\sim 3 \times 1…
2016-10-07 astro-ph.GA