An Introductory Review on Cosmic Reionization
宇宙在其形成阶段会经历几次相变。宇宙再电离是其中的最后一个，其中紫外线和X射线辐射从第一代星系中逃逸，加热和电离其周围环境，随后是整个星系际介质。有强有力的观测证据表明，宇宙再电离在大爆炸后大约10亿年结束，但仍有不确定性，将在未来十年内通过即将到来的光学，红外和无线电设施来澄清。本文介绍了宇宙再电离的理论和观测方面，并讨论了它们在我们理解早期星系形成和宇宙学中的作用。
2019-07-15 astro-ph.CO astro-ph.GA
Ultraviolet Luminosity Density of the Universe During the Epoch of Reionization
银河系外背景光的空间波动跟踪宇宙中所有恒星和星系的总发射。多波长研究可用于测量宇宙大约5亿年时再电离期间第一个星系的综合发射。在这里，我们报告弧分尺度的空间波动，在最深的天空调查之一，哈勃太空望远镜在五个波段之间的0.6和1.6 $μ$ m。通过模型拟合观测到的强度涨落角功率谱，得到$z$ > 8时星系的紫外光度密度为$\log ρ_{\rm UV} = 27.4^{+0.2}_{-1.2}$ erg s $^{-1}$ Hz $^{-1}$ Mpc $^{-3}$ $(1σ)$ .这种水平的综合光发射允许一个显着的表面密度较暗的原始星系，低于点源检测水平在目前的调查。
2015-09-09 astro-ph.CO
Digging into the ultraviolet luminosity functions of galaxies at high redshifts: galaxies evolution, reionization, and cosmological parameters
本文通过构建基于紫外光度函数并含红移依赖恒星形成效率和尘埃消光修正的模型，约束了再电离历史及σ8等宇宙学参数，结果与ΛCDM模型一致。
2024-10-02 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
New Measurements of the Ionizing Ultraviolet Background over 2 < z < 5 and Implications for Hydrogen Reionization
我们提出了新的测量电离紫外背景的强度和电离光子超过2 < z < 5的全球发射率。我们的研究结果是基于一套更新的测量高红移星系际介质（IGM）的物理性质，包括气体温度和不透明度的IGM的Ly-alpha和电离光子。与以前的工作一致，我们发现氢的光电离率在2 < z < 5范围内相对平坦，尽管我们的测量值比Faucher-Giguere等人2008年的值大约高出两倍，这主要是因为我们的气体温度较低。我们得到的电离发射率也普遍高于其他最近的估计，由于较低的气体温度，较高的电离不透明度，和宇宙学辐射转移效应的会计相结合。我们发现的证据表明，发射率从z~3增加到5，达到约5电离光子每原子每千兆年在z=4.75为现实的星系光谱。我们进一步发现，星系必须主导发射率在z > 4，并可能在所有红移z > 2.4附近的1 Ryd。我们的结果表明，恒星形成星系的全球平均电离“效率”随着红移超过3.2 < z < 4.75而显著增加。这一趋势与再电离模型中经常得出的结论是一致的，即星系在再电离过程中的电离效率必须更高，以便使星系将IGM恢复到z=6。我们在z~5处的发射率值表明，在再电离的最后阶段，电离光子的丰度可能比先前指出的高出两倍。此外，电离发射率在2 < z < 5范围内的演变表明，光电离率从z~5到6的急剧下降可能表明z > 5时平均自由程的快速演变。
2013-08-29 astro-ph.CO
Large Fluctuations in the High-Redshift Metagalactic Ionizing Background
最近的观察表明，在莱曼α森林的同时代的片段之间的不透明度的分散迅速增加z > 5。在本文中，我们评估大的散射是否可以解释在后再电离星系际介质中的电离背景的波动。我们发现，在z ~ 5.5处匹配所观察到的散射需要< 15 Mpc/h的短空间平均平均自由程，比在z ~ 5.2处的直接测量短> 3倍。我们认为，这种快速的演变，在平均自由程是很难调和与我们的测量的全球H I光电离率，保持近似恒定的区间z ~ 4.8 - 5.5。然而，我们还表明，在z > 5的平均自由程的测量可能偏向于更高的值的类星体邻近效应。这种偏差可以调和平均自由程的短值，这些短值是解释不透明度中的大分散所需的。我们讨论了这种情况下的宇宙再电离的影响。最后，我们调查是否其他统计应用到z > 5莱曼α森林可以揭示散射的起源。与具有均匀电离背景的模型相比，成功解释散射的模型导致在尺度k < 0.1 h/Mpc的视线通量功率谱中的功率增强。我们发现这种增强在高红移莱曼α森林的观测初步证据。
2018-02-26 astro-ph.CO astro-ph.GA
The impacts of ultraviolet radiation feedback on galaxies during the epoch of reionization
我们探索的紫外线（UV）辐射反馈星系的宇宙学模拟中，流体力学和转移的H和He电离光子始终耦合的再电离时代的影响。此外，我们还考虑了H_2的非平衡化学反应，包括光解离。模拟的最显著的特点是高空间分辨率的辐射转移（RT）的计算，使我们能够开始考虑不仅外部的紫外线反馈过程，但也在每个星系内部的紫外线反馈过程。我们发现，由于内部的紫外和超新星（SN）反馈，恒星形成显着抑制。在M <10^9 Msun的低质量星系中，如先前的研究所示，大量的气体通过光蒸发被抽空，这导致了恒星形成的抑制。令人惊讶的是，尽管这些光环几乎没有通过光蒸发失去任何气体，但大质量光环中的恒星形成也受到强烈抑制。大质量晕中恒星形成的抑制主要是由两个因素引起的：（i）星系中的小尺度团簇结构被内反馈所平滑;（ii）尽管星系中的致密气体大部分是中性的，但H_2的形成和冷却过程受到温和的光加热的干扰。光离解辐射实际上抑制了恒星的形成，但在大质量星系中，这种影响的程度并没有那么大。即使我们的模拟体积太小，是一个代表性的补丁宇宙在再电离过程中，我们发现，我们模拟的恒星形成率密度和HI分数在z = 6 - 7是一致的，在观察中发现的。
2013-03-06 astro-ph.CO
Definitive upper bound on the negligible contribution of quasars to cosmic reionization
宇宙（氢）再电离标志着宇宙在红移z >= 6时的主要相变之一。在这一时期，星系际介质（IGM）中的氢原子被莱曼连续谱（LyC）光子电离。然而，它仍然具有挑战性，以确定负责再电离的LyC光子的主要来源。特别是，类星体（或活动星系核，AGN）和星系的单独贡献仍在争论中。在这里，我们构造了z >= 6的1型类星体的远紫外（far-UV）光度函数，跨度为10个星等（-19 < M_UV < -29），最终表明类星体对再电离的贡献可以忽略不计。我们主要寻找M_UV > -23等的低光度范围内的类星体，这对于确定类星体的总LyC光子产生至关重要，但以前几乎没有探索过。我们发现，类星体人口只能提供不到7%（95%的置信水平）的总光子需要保持宇宙电离在z = 6.0 - 6.6。我们的结果表明，星系，大概是低光度恒星形成系统，是氢再电离的主要来源。
2022-06-15 astro-ph.CO astro-ph.GA
The He II Post-Reionization Epoch: HST/COS Observations of the Quasar HS1700+6416
单电离氦（He II）的再电离期被认为开始于红移z~3.5- 4，并在z~2.7时几乎完成。利用哈勃太空望远镜上的宇宙起源光谱仪（COS）拍摄的明亮高红移类星体HS 1700 +6416的远紫外光谱，研究了其再电离后的时间演化。我们讨论这些数据，因为他们探测后再电离历史的He II和当地的电离环境周围的类星体和横向的视线。我们比较以前的光谱远紫外光谱探测器的当前COS数据，其中有一个显着更高的信噪比。Gunn-Peterson槽在较低的红移处恢复，有效光学厚度从z~2.7处的τ_eff~1.8下降到z~2.3处的τ_eff~0.7。我们在He II Lyα破裂附近看到了一个有趣的过量通量，这可能是类星体的线发射，尽管可能不是He II Lyα。我们提出了四个可能的横向邻近类星体的光谱，虽然紫外硬度数据是不够的质量说，如果他们的影响被视为沿HS 1700视线。
2012-12-06 astro-ph.CO
Quasars as probes of cosmological reionization
类星体是宇宙再电离时代最明亮的非瞬态源（即，它在大爆炸后十亿年结束，对应于z ~ 5的红移），是当时星系间介质的强大探测器。这篇评论涵盖了目前识别高红移类星体的努力，以及它们如何被用来限制再电离历史。这包括中性氢原子吸收/散射紫外光子的各种过程的完整描述，并导致Gunn-Peterson效应，暗隙和暗像素分析，类星体近区和阻尼翼吸收。最后展望了类星体作为再电离探测器的前景。
2015-11-03 astro-ph.CO
Tracing The Start and End of Cosmic Reionization -- Exploring The Role of Ionizing Sources as drivers
本论文利用SPICE模拟和辐射转移方法，研究宇宙再电离纪元中氢和氦的电离过程，识别电离源（恒星、X射线双星、活动星系核等）的作用，并预测氦-3超精细跃迁作为新探针，以缓解JWST亮星系张力并揭示再电离历史。
2025-10-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
Constraints on Features in the Cosmological Power Spectrum from Observations of the Epoch of Reionization
P.N. Lebedev Physical Institute（P.N. 列别杰夫物理研究所）
该研究通过分析再电离时期观测数据，探讨了宇宙功率谱中矮星系尺度增强幅度对再电离时期的影响，并指出在考虑不确定性后，中等幅度的凸起模型未被排除。
2025-11-26 astro-ph.CO
Reionization and high-redshift galaxies: the view from quasar absorption lines
确定第一个星系何时以及如何再电离星系际介质（IGM）有望揭示第一个物体的性质和重子的宇宙历史。为了实现这一目标，类星体吸收线通过探测星系和星系际尺度上扩散气体的性质发挥了独特的作用。在这篇综述中，我们研究了多种方式，其中吸收线跟踪星系和IGM附近的再电离时代之间的连接。我们首先描述了如何使用Ly $α$森林来确定电离紫外线背景的强度和全球电离发射率预算。至关重要的是，这些测量反映了所有星系逃逸的电离辐射，包括那些太微弱而无法直接检测的星系。然后，我们讨论从金属吸收线到再电离时代星系及其周围环境的见解。目前的观测表明，在环星系环境中的金属积累超过$z \sim 6$至5，虽然电离的变化也会影响金属线属性的演变。在这些红移的金属吸收体中，有相当一部分可能追踪到相对低质量的星系。最后，我们审查约束从Ly $α$森林和类星体附近区域的时间再电离。与其他高红移宇宙的探测器一样，吸收线数据与相对较晚的再电离结束（$5.5 \lesssim z \lesssim 7$）相一致;然而约束仍然相当弱。通过改进分析技术，增加光学和红外巡天中已知的高红移类星体的数量，下一代观测设施的灵敏度大幅提高，以及与再电离时代其他探测器的协同作用，预计将取得重大进展。
2015-10-13 astro-ph.CO astro-ph.GA
Reionization simulations powered by GPUs I: the structure of the Ultraviolet radiation field
为了模拟宇宙的再电离历史，我们提出了一套具有辐射转移的宇宙学模拟。星系形成和相关的恒星形成遵循自洽气体和暗物质动力学使用的RAMSES代码，而辐射转移是作为一个后处理步骤，使用基于矩的方法与M1封闭关系的ATON代码。后者已被移植到一个多图形处理单元（GPU）架构使用CUDA + MPI，导致整体加速（x80），使我们能够解决辐射转移问题的分辨率为1024^3 + 2水适应网格和1024^3的RT carnival网格的细化水平。我们观察到一个很好的收敛我们不同的分辨率运行，只要有限的分辨率对恒星形成历史的影响被适当地考虑。我们还表明，中性分数取决于总质量密度，在接近光电离平衡的预测的方式，只要自屏蔽的效果是包括在背景辐射模型。然而，我们仍然未能再现z=6对H中性分数和UV背景强度的约束。为了解释未解决的密度波动，我们增加了一个简单的聚集因子模型。使用我们最高空间分辨率的模拟（12.5 Mpc/h-1024^3）来校准我们的亚网格模型，我们重新模拟了我们最大的盒子（100 Mpc/h 1024^3），成功地再现了z=6时H中性部分的观测水平。我们没有重现从相同的观察推断的光致电离率。我们认为，这种差异可以解释的事实，即平均辐射强度和平均中性分数取决于不同区域的气体密度分布，使一个量不能简单地推导出其他。
2010-04-14 astro-ph.CO physics.comp-ph
CANDELS: The Contribution of the Observed Galaxy Population to Cosmic Reionization
我们目前的特定紫外光光度密度的测量，从483个星系的样本在6<z<8。这些星系是从CANDELS，HUDF 09和ERS计划的新的深近红外HST图像中选出的。与大多数以前的分析，假设星系紫外线（UV）光度的分布遵循Schechter分布，并继续分布到远低于我们的可观测极限的光度相反，我们调查的贡献，我们可以观察到的星系，从这些假设。我们发现，在z=6时，如果平均电离光子逃逸分数（fesc）为~ 30%，则可观测的星系群可以维持一个完全再电离的IGM。许多先前的研究已经测量了这些红移变化5倍的紫外光光度密度，许多人得出结论，星系无法在z=6时完成再电离，除非调用大量比检测极限更暗的星系，或者存在极高的f_esc值。从我们观测到的星系样品在z=7-8的UV光度密度是不足以维持一个完全再电离的IGM，除非f_esc> 50%。结合我们的观测结果和来自Ly-alpha森林观测的电离光子发射率的约束条件，如果观测到的星系是再电离的唯一贡献者，我们可以将f_esc约束为<34%（2-sigma），或者如果光度函数扩展到M_UV =-13，则f_esc约束为<13%（2-sigma）。这些逃逸分数足以在z=6时完成再电离。这些限制意味着IGM的体积电离分数在z>7时变得小于1，这与许多互补的再电离探针一致。如果微弱的星系主导再电离，未来的JWST观测将探测到足够深的地方来看到它们，从而对电离光子…
2012-06-06 astro-ph.CO
The depletion of gas in high-redshift dwarf galaxies from an inhomogeneous reionization
星系际介质（IGM）的再电离可能是不均匀的和扩展的。通过加热IGM和来自星系外围的光蒸发气体，这个过程可以对结构的生长产生巨大的影响。利用一套大参数空间的球对称坍缩模拟，研究了电离紫外背景（UVB）对重子在暗物质晕上凝聚的影响。我们提出了一个表达式的晕重子分数，这是一个明确的函数：（i）晕质量;（ii）UVB强度;（iii）红移;（iv）红移的晕暴露于UVB。我们还提出了一个相应的表达式的特征或临界质量，定义为晕质量保留一半的重子相比，全球的价值。由于我们的结果是普遍的和物理动机，它们可以广泛地应用于非均匀再电离模型。
2013-01-28 astro-ph.CO
The Dark Ages of the Universe and Hydrogen Reionization
宇宙历史上的里程碑之一是第一个发光物体的形成和氢的再电离。宇宙结构形成的标准理论预测，第一代恒星在大爆炸后大约几亿年诞生。然后，黑暗的宇宙再次被点亮，最终充满了从恒星、星系和类星体发出的紫外光子。宇宙再电离的确切时期和过程的细节，甚至主要来源，除了宇宙早期被再电离的事实外，还不知道。再电离的特征预计会在宇宙微波背景辐射中留下印记，特别是在它的大尺度极化中。未来的CMB实验，连同其他探测器，如21厘米的调查，将提供丰富的信息，再电离过程。我们回顾了最近关于再电离的研究。从现有的观测在很宽的波长范围内的影响进行了讨论。最先进的计算机模拟的结果。最后，我们讨论了探索宇宙历史最初几亿年的前景。
2014-04-28 astro-ph.CO
Early star-forming galaxies and the reionization of the Universe
形成恒星的星系是宇宙历史的宝贵线索。哈勃太空望远镜最近的观测进展导致了对最早的已知星系的发现和研究，这些星系对应于宇宙只有~ 8亿年历史的时期。来自这些早期星系的强烈紫外线辐射可能引发了宇宙历史上的一个重大事件：星系际氢的再电离。正在开发新技术来了解这些最遥远星系的特性，并确定它们对宇宙演化的影响。
2010-11-02 astro-ph.CO
The THESAN project: predictions for multi-tracer line intensity mapping in the epoch of reionization
线强度映射（LIM）是研究高红移宇宙中星系形成和宇宙学的一种强有力的技术。我们提出LIM估计的选择谱线起源于星际介质（ISM）的星系和21厘米的排放中性氢气在宇宙中使用大体积，高分辨率THESAN再电离模拟。利用HII区亚分辨率光电离模拟和MonteCarlo辐射转移计算相结合的方法，估算了高红移星系（$z\gtrsim5.5$）的尘埃衰减光谱能量分布（SED）。我们发现，衍生的光度特性，如紫外（UV）光度函数和紫外线连续斜率匹配观测推断值，证明了SED建模的准确性。我们提供适合的亮度-恒星形成率关系（L-SFR）的最亮的发射线，并发现，重要的差异之间存在的派生的标度关系和广泛使用的低$z$的，因为星际介质的再电离时代的星系一般是金属富集比在其低红移的同行。我们使用这些关系来构建线强度地图的星云发射线和交叉相关的21厘米发射。有趣的是，相关开关符号（$k_\mathrm{transition}$）的波数在很大程度上取决于再电离模型，并在较小程度上对目标发射线，这是一致的图片，$k_\mathrm{transition}$探测电离区域的典型尺寸。导出的尺度关系和强度图代表了一个及时的最先进的框架，用于预测和解释当前和即将到来的LIM实验的结果。
2022-06-22 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Impact of Local Stellar Radiation on Dwarf Galaxy Formation Around Milky Way Analogues Across Cosmic Reionization
本研究利用Auriga项目的模拟，探究局部恒星辐射对银河系类似星系周围矮星系形成的影响，发现其在再电离前抑制低质量暗物质晕中矮星系形成，红移z=4后影响近乎消失，最暗弱卫星星系的减少量无统计显著性。
2025-08-03 astro-ph.CO astro-ph.GA
Implications of $z \sim 6$ Quasar Proximity Zones for the Epoch of Reionization and Quasar Lifetimes
我们研究类星体邻近区的红移范围$5.77 \leq z \leq 6.54$均匀分析$34$中等分辨率的光谱，包括档案和新获得的数据，并利用最近更新的系统红移和星等测量。而以前的研究发现强烈的邻近区的大小与红移的演变，并认为这提供了一个快速发展的星系际介质（IGM）中性分数在再电离的证据，我们测量一个更浅的趋势$\propto(1+z)^{-1.44}$。我们比较我们测得的邻近区域的大小预测后处理的一维辐射转移的流体动力学模拟，并发现良好的协议之间的观测和理论，无论周围IGM的电离状态。这种对IGM电离态的不敏感性以前已经被注意到，并且是由于这样一个事实，即邻近区大小的定义是平滑的类星体光谱在$10\%$通量透射水平以下的第一个下降，探测了来自类星体的电离辐射比预期的紫外电离背景大一个数量级的位置，该紫外电离背景设定了IGM的中性部分。我们的分析还发现了三个具有非常小的邻近区域的物体（其中两个具有$R_p < 1$适当的Mpc），这构成了观察到的分布的异常值，并且具有挑战性，难以用我们的辐射转移模拟来解释。我们认为它们的起源，如强吸收线系统与类星体或斑片状再电离的各种解释，但发现最引人注目的情况是，这些类星体一直闪耀$\lesssim 10^5$年。
2017-05-10 astro-ph.CO astro-ph.GA
Reionization in Technicolor
我们提出了Technicolor Dawn模拟，一套宇宙辐射流体动力学模拟的第一个12亿年。通过模拟一个空间不均匀的UVB的飞行与24个频率和解决暗物质晕下降到$10^8 M_\odot$内12 $h^{-1}$兆秒差距卷，我们的模拟统一观测星系际和环星系介质，星系和再电离到一个共同的框架。唯一一个被精确调整的参数，逃离星际介质的电离光子的分数$f_{\mathrm{esc,gal}}(z)$，被调整以匹配莱曼- $α$森林和宇宙微波背景的观测。通过这一单次校准，我们的模拟再现了再电离的历史;星系的恒星质量-恒星形成率关系; $z\sim5$处阻尼$α$吸收体（DLAs）的数密度和金属丰度;弱金属吸收体的丰度;紫外背景（UVB）振幅;以及$z=5.4$处的$α$通量功率谱。星系恒星质量和紫外光度函数是不足的$\leq2\times$，建议过于激烈的反馈模型。莱曼- $α$森林中的平均透射率在$z<6$处产生不足，表明UVB振幅和莱曼- $α$透射率的测量之间存在张力。观察到的SiIV柱密度分布被合理良好地再现（$\sim 1σ$低）。相比之下，CIV仍然显着不足，尽管被一个强烈的$>4$ Ryd UVB提高。通过增加金属产率来解决这个问题将过度产生弱吸收体和DLA金属量。相反，观测到的来自高红移星系的高电离辐射强度和来自其环境的吸收表明，传统恒星种群模型的电离通量太软。
2018-07-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
The evolution of the helium-ionizing background at z ~ 2-3
最近的观测表明，氦在红移z ~ 3附近完全电离。由Lyman-alpha森林得到的HeII光学厚度从这一周期到z ~ 2显著减小，而且在z ~ 3附近波动很大，然后在较低的红移处平稳地演化。从这些不透明度，我们计算，使用半解析模型，平均光电离率和衰减长度的红移范围内的氦2.0 < z < 3.2的演变。这个模型包括一个不均匀的总银河系辐射背景，这是预计期间和之后的氦再电离。我们发现，假设一个统一的背景低估了所需的光电离率的一个因素~2。当在（少数）可用的视线上取平均时，有效光学深度在z = 2.8附近表现出不连续性，但测量不确定性相当大。这一特征转化为光电离率的跳跃，如果类星体的发射率在有效衰减长度上平稳地演变，可能标志着氦再电离时代的到来。然后，我们计算各种简单的氦再电离模型，其中测得的类星体光度函数和衰减长度，以及不断变化的氦III分数，输入的有效光学深度的演变。再电离在红移z ~ 2.7附近结束的模型与数据最一致，尽管由于数据的稀疏性，约束并不强。
2009-06-22 astro-ph.CO
Photometric properties of reionization-epoch galaxies in the Simba simulations
利用高分辨率Simba宇宙流体动力学模拟方法研究了再电离期星系的光度特性和大小，模拟中的盒子大小为$[25,50]~h^{-1}$ Mpc.假设不同的衰减规律，我们计算测光的每个恒星粒子的光谱使用视线气体金属柱密度。预测的紫外线光度函数（UVLF）一般同意在$z=6$的观测，由于模拟星系的高金属丰度和较低的尘埃-金属比之间的部分抵消。模拟的$z=8$ UVLF与观测值相比较低，可能是由于过度的尘埃消光。Simba预测的紫外线连续斜率（$β$）与$z=6$的观测结果一致，使用Calzetti消光定律获得的最佳一致性。有趣的是，辛巴的气相质量-金属丰度关系在$z\sim 6$比在$z\sim 2$高，这表明快速早期富集（和尘埃生长）可能是必要的，以匹配所观察到的$β$。发现$β$对沙尘消光比UVLF更敏感。通过生成模拟詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）的图像和分析的方式类似的观察，我们表明，辛巴的星系大小-光度关系很好地再现了目前的$z=6$哈勃观测。与较低红移的观测不同，辛巴预测$z=6$星系的静止紫外和静止光学尺寸相似，这是由于恒星形成区的年龄梯度和尘埃消光相互抵消，削弱了星系内的颜色梯度。这些预测将与JWST测试。
2020-03-10 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Little Engines That Could? Globular Clusters Contribute Significantly to Reionization-era Star Formation
贫金属球状星团（GC）数量众多且古老，这表明它们可能是再电离时代电离辐射的重要贡献者。从观测到的老GC的数密度和恒星质量函数出发，计算了GC对高红移宇宙（$z=0$）紫外光度函数（UVLF）的贡献。即使在绝对最小的假设下--GC没有中断，GC恒星的质量从早期到现在没有减少-- GC恒星的形成对哈勃太空望远镜（HST; $M_{1500} \approx -17$）可以观测到的光度下的UVLF的贡献也是不可忽略的。如果像大多数解释GC化学异常的模型所预测的那样，GC的恒星质量在过去明显更高，那么在现有的深场观测中，GC在许多星系的紫外辐射中占主导地位。另一方面，很难将观测到的UVLFS与要求恒星出生时质量超过现今恒星质量10倍以上的模型相协调。詹姆斯·韦伯太空望远镜将能够直接探测到基本上所有明亮星系中$z \sim 6$的单个GC，以及UVLF膝盖以下的许多星系，对于这里考虑的大多数情况。在HST透镜场中具有$-19 \lesssim M_{1500} \lesssim -14$的高$z$星系子集的性质表明它们实际上可能是形成中的GC。
2018-06-06 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Galaxy UV Luminosity Function Before the Epoch of Reionization
我们提出了一个模型的星系紫外线（UV）光度函数（LF）在整个宇宙时间的恒星形成与暗物质晕的组装下的质量依赖，但红移独立的假设，效率的演变。我们引入了一个新的自洽治疗晕星形成的历史，这使我们能够在$z>10$（回顾时间$\lesssim500$百万年），当增长迅速的预测。在一个单一的红移校准设置恒星晕质量比，没有进一步的自由度，我们的模型捕捉到的紫外线LF在所有可用的观测（$0\lesssim z\lesssim10$）的演变。在$z\sim8$以外的星系中，目前可探测到的光度密度的显著下降可以用恒星形成向质量较小、较暗的星系转移来解释。假设恒星的形成过程中下降到原子冷却晕，我们得到了再电离光学深度$τ= 0.056^{+0.007}_{-0.010}$，完全符合最新的普朗克测量，这意味着宇宙是完全再电离在$z=7.84^{+0.65}_{-0.98}$。此外，我们的模型自然产生顺利上升的恒星形成的历史与观测和流体动力学模拟的$L\lesssim L_*$的星系。在$z>10$的再电离时期之前，我们预测LF仍然由Schechter函数很好地描述，但是具有越来越陡的暗端斜率（$z\sim16$处的$α\sim-3.5$）。最后，我们用\JWST ~和\WFIRST建立了巡天预报，并预测将观测到$z\sim14$以外的星系。JWST和WFIRST只有在强透镜放大的帮助下才有可能访问$z>…
2015-12-01 astro-ph.CO astro-ph.GA
Self-Consistent Modeling of Reionization in Cosmological Hydrodynamical Simulations
类星体和星系发出的紫外背景辐射（UVB）控制着星系际介质（IGM）的电离和热状态，调节着高红移星系的形成，因此是模拟宇宙再电离的关键量。绝大多数的宇宙学流体动力学模拟实现UVB通过一组空间均匀的光致电离和光热速率来自UVB合成模型。我们表明，模拟使用规范的UVB率reflection，也许更重要的是，虚假加热IGM，早得多的z ~ 15比他们应该。这个问题的出现是因为在z > 6时，不存在观测约束，UVB振幅太高。我们引入了一种新的方法来解决这个问题，我们产生自洽的光电离和光加热率模型任何选择的再电离的历史。按照这种方法，我们运行一套不同的再电离方案的流体动力学模拟，并探讨再电离的时间和随之而来的热注入对IGM的热状态的影响。我们提出了一个全面的研究IGM气体的压力平滑尺度，说明其依赖于氢和氦的再电离的细节，并认为它在解释莱曼α森林统计和热演化的IGM中起着基础性的作用。我们发现的过早的IGM加热意味着以前的工作可能大大高估了光电离反馈对星系形成的影响，这设置了能够形成高红移恒星的最小晕质量。我们公开了新的UVB光电离和光加热速率，以供未来的模拟使用。
2017-03-17 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Probing the Reionization History and Bubble Sizes with JWST Lyman-$α$ Fraction Measurements
University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）；Northwestern University（西北大学）
本研究利用JWST的Ly-α分数测量，结合THESAN模拟和半解析模型，约束再电离历史与电离泡尺寸，得出z~7-11处中性氢分数界限，验证了模型与观测的一致性。
2026-10-01 astro-ph.CO astro-ph.GA
Impact of the turnover in the high-z galaxy luminosity function on the 21-cm signal during Cosmic Dawn and Epoch of Reionization
高z星系光度函数（LF）的暗端形状为宇宙黎明和再电离时期的早期恒星形成和再电离物理提供了信息。直到最近，基于强引力透镜星系团的深度巡天，哈勃前沿场（HFF）发现了在z $\sim$ 6的紫外（UV）LF中的潜在周转。本文分析了在LF中星等大于翻转星等的极暗星系对宇宙再电离的贡献。我们将HFF的测量结果应用到我们的抑制型恒星形成效率模型中，包括三个自由参数：晕质量阈值$M_t$，曲率参数$β$和UV转换因子$l_{\rm UV}$。根据68%置信水平的拟合，发现在小于$ M_t=1.82^{+2.86}_{-1.08}\times10^{10} \rm M_{\odot}$的晕中，高红移恒星的形成受到抑制。周转量$\rm \gtrsim -13.99-2.45$，相应地晕质量$\lesssim(4.57+20.03)\times10^{9} \rm M_{\odot}$。我们发现，在全球21厘米信号的吸收谷是敏感的，我们的SFE模型参数。结合（$β$，$l_{\rm UV}$）=（$2.17^{+2.42}_{-1.72}$，$9.33^{+0.43}_{-0.42} \rm ~erg~yr ~s^{-1}M_{\odot}^{-1})$），波谷位于$\sim$ $134^{+10}_{-17}$ $\rm MHz$，振幅为$\sim$ $-237^{-6}_{+7}$ $\rm m…
2022-08-03 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Brightest Galaxies in the Dark Ages: Galaxies' Dust Continuum Emission During the Reionization Era
虽然一半的宇宙星光被尘埃吸收，并以长波长（3 $μ$ m-3 mm）再辐射，但与静止坐标系紫外和光学星系光度函数相比，红外到毫米星系光度函数（IRLF）的约束很差，特别是在z> 2.5时。在这里，我们提出了一个后向演化模型解释数计数，红移分布，并在红外和亚毫米天空的跨带通量密度的相关性，从70 $μ$ m-2毫米，使用的IRLF的再电离时代的模型。模拟亚毫米波地图是通过注入源根据规定的IRLF和流量密度从模型光谱能量分布，反映了在$0<z<5$尘埃恒星形成星系（DSFG）中观察到的SED的分布。我们探讨了两个极端的假设案例研究：一个尘埃贫乏的早期宇宙模型，其中DSFGs的贡献可以忽略不计（$<$ 10%）的综合恒星形成率密度在$z>4$，和一个交替的尘埃丰富的早期宇宙模型，其中DSFGs占主导地位的$\sim$ 90%的$z>4$恒星形成。我们发现，目前的submm/mm数据集并没有明确排除这些极端的模型。我们认为，未来的调查在2毫米将是至关重要的测量IRLF超过$z\sim4$。在本文中开发的模型框架作为一个独特的工具，多波长红外/亚毫米河外数据集的解释，并将使更精细的约束IRLF比可以从直接测量单个星系的综合尘埃排放。
2018-05-25 astro-ph.CO astro-ph.GA
Large-scale variation in reionization history caused by Baryon-dark matter streaming velocity
在宇宙复合时，重子与暗物质之间存在超音速相对运动，这种相对运动起源于早期宇宙中的重子声振荡。这种运动被认为对宇宙再电离后期的影响可以忽略不计，因为相对速度迅速降低。然而，最近的研究表明，小于本地金斯质量（$\lesssim$ $10^8~M_\odot$）的气体云中的复合可以通过增加电离星系际介质所需的紫外光子数量来影响再电离历史。出于这一动机，我们进行了一系列的辐射流体动力学模拟，以调查是否流运动可以产生变化的局部再电离的历史，通过平滑的clusional小尺度结构和降低电离光子预算。我们发现，流速可以在再电离末端红移中增加$Δz_e$ $\sim$ $0.05$ $-$ $0.5$的变化，这取决于X射线预热的水平和电离源的时间演化。当星系的电离效率越往后降低时，这种变化越大。考虑到流运动（$\gtrsim 100$ Mpc）的长空间涨落尺度，它有助于解释类星体观测到的Ly $α$不透明度变化，并在星系际介质的电离场上留下再电离过程中的大尺度印记. X射线源的预再电离加热是另一个关键因素，可以抑制小尺度气体聚集，并可以减少由流动运动引入的$z_e$的变化。
2021-01-22 astro-ph.CO
Into the Gompverse: A robust Gompertzian reionization model for CMB analyses
Pengcheng Laboratory（鹏城实验室）；Universidad de Costa Rica（哥斯达黎加大学）；Institute of Space Sciences (ICE, CSIC)（空间科学研究所（ICE，CSIC））；Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC)（加泰罗尼亚太空研究学院（IEEC））；Sun Yat-Sen University（中山大学）
本文提出一种基于物理的哥莫特茨再电离模型，用于联合分析宇宙微波背景和再电离观测数据，通过减少光深度的不确定性，改进了中微子质量总和的约束，并与21厘米实验相结合。
2026-04-15 astro-ph.CO
Evidence for Large-Scale Fluctuations in the Metagalactic Ionizing Background Near Redshift Six
在$z \lesssim 6$观测到的星系际莱曼- $α$不透明度的散射，需要在预期的再电离结束后星系际介质（IGM）中性部分的大尺度波动。解释这种散射的后再电离模型调用电离紫外背景（UVB）或IGM温度的波动。然而，这些模型对莱曼- $α$不透明度和局部密度之间的关系做出了非常不同的预测。在这里，我们测试这些模型使用莱曼- $α$发射星系（LAEs）跟踪周围的密度场最长和最不透明的已知莱曼- $α$槽在$z < 6$。使用深Subaru Hyper Suprime-Cam窄带成像，我们发现在20 Mpc/ $h$的谷内$z \simeq 5.7$ LAE的高度显著的缺陷。结果是一致的模型，其中散射在莱曼- $α$不透明度附近的$z \sim 6$是由大规模的UVB波动驱动的，并不赞成的情况下，散射主要是由IGM温度的变化驱动。在这个时代的UVB波动提出了再电离模型的边界条件，并可能有助于阐明电离源的性质。
2018-03-23 astro-ph.CO astro-ph.GA
Reionization relics in the cross-correlation between the Ly$α$ forest and 21 cm intensity mapping in the post-reionization era
本文首次研究了后再电离时代 Ly$α$ 森林与 21 cm 强度映射的互相关，考虑了不均匀再电离遗迹的影响，并评估了多种仪器配置在红移 3.5-4 内的探测能力与参数约束潜力。
2024-12-20 astro-ph.CO
Conditions for Reionizing the Universe with A Low Galaxy Ionizing Photon Escape Fraction
我们探讨了低星系电离光子逃逸分数的星系际介质再电离的情况。我们结合基于模拟的晕质量依赖逃逸分数外推所观察到的星系休息紫外光度函数，以解决从z=20到z=4的再电离历史。我们探索关键未知量的后验分布，包括恒星形成的极限晕质量，电离光子产生效率，以及活动星系核（AGN）的潜在贡献。我们边缘化的允许参数空间使用马尔可夫链蒙特卡罗方法，找到一个解决方案，满足最独立的模型约束再电离。我们的基准模型可以匹配观测约束与平均逃逸分数<5%的整个大部分的时代的再电离，如果：i）星系形成恒星下降到原子冷却极限前再电离和光抑制质量的log再电离期间/之后（M_h/Msol）~9（-13<M_UV，lim<-11）; ii）星系在更高的红移和更暗的量级上成为更有效的电离光子的生产者，以及iii）存在显著的，但次主导的，z < 7时AGN的贡献。在这个模型中，最暗的星系（M_UV>-15）的电离发射率占主导地位，导致较早的再电离开始和较平滑的电离体积填充分数的演变比模型，假设一个单一的逃逸分数在所有的红移和光度。这个模型的电离发射率与z=4-5（以及更低，外推时）的观测结果一致，与一些假设单个逃逸分数的模型相反。根据对z = 7的Lya发射体的观测和对两个z>7的类星体的阻尼翼分析，我们预测了z=7时QHII =78%（± 8%）的电离体积填充率在~1-2 σ张力范围内，这两个类星体更倾向于QHII，z=7…
2019-05-02 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Epoch of Reionization
宇宙的黑暗时代随着第一代星系的形成而结束。这些物体开始发射紫外线辐射，在它们周围形成电离区域。在足够数量的电离源形成后，宇宙中气体的电离部分迅速增加，直到氢完全电离。在这段时间里，宇宙气体从中性到电离，被称为宇宙的再电离时代。再电离时代与宇宙学中的许多基本问题有关，例如第一个星系的性质，（迷你）类星体的物理学，非常贫金属恒星的形成以及天体物理学中的一系列其他重要研究课题。因此，揭示它将对早期宇宙结构形成的研究产生深远的影响。这一章回顾了当前关于再电离期存在的观测证据，它的关键理论方面和主要特征，最后是各种有望揭示它的观测探测器，特别强调了红移21厘米探测器，目前正在建造或设计的各种实验，以及我们可以从它们那里了解到关于再电离期的信息。
2012-06-01 astro-ph.CO
The THESAN-ZOOM project: Long-term imprints of external reionization on galaxy evolution
本研究利用 THESAN-ZOOM 项目的高分辨率放大模拟，探讨了外部紫外辐射对高红移低质量晕的长期影响，发现早期再电离会显著抑制微晕恒星形成并改变其金属丰度分布，强调了模拟中需引入空间不均匀的再电离历史。
2025-06-25 astro-ph.CO astro-ph.GA
Simulating galaxies in the reionization era with FIRE-2: galaxy scaling relations, stellar mass functions, and luminosity functions
我们展示了一套来自真实环境反馈项目的z>5的宇宙学放大模拟，在z=5时，跨越晕质量范围M_halo~10^8-10^12 M_sun。我们预测了恒星质量晕质量关系，恒星质量函数和光度函数在几个波段从z=5-12。在z=5-12时，恒星质量-晕质量关系的中值并不强烈演化。光度函数的暗端斜率随着红移的增加而变陡，这是从这些红移处的晕质量函数继承而来的。在z~6以下，恒星质量函数和紫外光光度函数在M_star~10^4.5 M_sun（比M_1500 ~-12暗）以下稍微变平，这是由于低质量晕中恒星形成在再电离结束时受到电离背景的抑制。在更高的红移下不会出现这种平坦化。给出了SFR-M_halo、SFR-M_star和宽带星等-恒星质量关系的红移相关拟合函数。我们得到了z=5-12的恒星形成率密度和恒星质量密度，并表明在z>8时，来自非常微弱星系的贡献变得更加重要。此外，我们还发现比M_1500~-20亮的z~6 UV光度函数的下降主要是由于尘埃的衰减。在亮度大于M_1500=-13（-17）的星系中，大约有37%（54%）的紫外线光度被z~6的尘埃遮蔽。我们的结果与当前的数据基本一致，可以通过未来的观测进行检验。
2018-03-29 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
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
Rise of the forsaken relics: connecting present-day stellar streams and phase-mixed galaxies to the Epoch of Reionization
University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）；Yale University（耶鲁大学）；University of California, Davis（加州大学戴维斯分校）；Universität Zürich（苏黎世大学）；The Observatories of the Carnegie Institution for Science（卡内基科学研究所天文台）；California Institute of Technology（加州理工学院）
研究通过FIRE-2模拟显示，被破坏的恒星流和相混星系对再电离时期的恒星质量预算贡献显著，改进了SMF/UVLF的归一化，并揭示了忽略这些系统会导致低估紫外光度密度。
2026-02-28 astro-ph.CO astro-ph.GA
Modeling the Intergalactic Medium during the Epoch of Reionization
观测和理论宇宙学的一个主要目标是观察我们宇宙历史上第一个星系形成的基本上未被探索的时间段，并解释这些测量结果。早期的星系在再电离时期（EoR）通过光电离气体对周围星系际介质（IGM）中的气体产生了巨大的影响。这个时期可能跨越了宇宙时间的一段延长：电离区域在早期星系周围形成并增长，逐渐填充了宇宙体积的越来越大的部分。在某个时候--到目前为止还不确定，但在大爆炸后的第一个十亿年左右--基本上整个宇宙体积都充满了电离气体。IGM的性质提供了关于早期星系群的形成时间和性质的有价值的信息，因此许多研究第一个发光源的方法都是基于对周围星系际气体的测量。在未来十年内，改进IGM和早期星系群再电离时代观测的前景是突出的。基于此，我们回顾了再电离过程中IGM模型的现状。我们专注于几个关键方面的再电离时代的现象和描述：体积平均电离分数的红移演化，电离光子的源和汇的属性，以及模型描述的空间变化的电离分数，紫外辐射场，IGM的温度，和气体密度分布。
2015-11-04 astro-ph.CO
Characterizing faint galaxies in the reionization epoch: LBT confirms two L<0.2L* sources at z=6.4 behind the CLASH/Frontier Fields cluster MACS0717.5+3745
我们报告了LBT/MODS 1光谱确认的两个图像的微弱莱曼α发射体在$z=6.4$后面的前沿领域星系团MACSJ 0717.5 +3745。广泛的镜头型号表明，这两个图像是高度放大的，具有很强的下限mu>5。这些是迄今为止光谱学证实的最微弱的z>6候选者。这些也可能是相同z=6.4源的多个图像，如由其相似的内在属性所支持的，但是透镜模型关于这种解释是不确定的。为了谨慎起见，我们分别推导出每个图像的物理属性。由于高放大率，所观察到的光谱能量分布的近红外（静止帧紫外）部分和Ly-alpha线被很好地检测到，S/N（m_1500）>~10和S/N（Ly-alpha）~10-15。当mu>5时，绝对星等M_1500和Ly-alpha通量分别小于-18.7和2.8 × 10 ^（-18）erg/s/cm ~ 2。我们发现了一个非常陡峭的紫外光谱斜率β =-3.0+/-0.5（F_lambda=lambda^（beta）），这意味着这些天体非常年轻，无尘，金属量低，由标准的恒星星族组成，甚至是极贫金属的恒星（年龄<~ 3000万年，E（B-V）=0，金属量0.0-0.2 Z/Z太阳）。这些天体都很紧凑（< 1 kpc^（2）），恒星质量M* < 10^（8）M_solar。这些新生物体的β值非常陡，Ly-alpha线的存在和固有的半高宽（<300公里/秒）并不排除电离辐射泄漏的可能性。我们讨论…
2014-01-29 astro-ph.CO
Cosmic histories of star formation and reionization: An analysis with a power-law approximation
利用高红移（$\gtrsim3.5$）恒星形成历史的简单幂律近似，即，$\dotρ_*(z)\propto [(1+z)/4.5]^{-α}$，我们研究了星系际介质（IGM）的再电离以及由此产生的宇宙微波背景（CMB）光子的汤姆逊散射光学厚度。由{ \it Wilkinson Microwave Anisotropy Probe}（WMAP）实验测得的CMB光学厚度导出了演化指数$α$的一个约束条件，即$α\approx2.18\lg{\mathscr{N}_γ}-3.89$，其中自由参数$\mathscr{N}_γ$是每个重子逃逸的电离紫外光子数.此外，完全再电离的红移$z_f$也可以表示为$α$和$\mathscr{N}_γ$的函数。通过进一步考虑Gunn-Peterson槽观测对类星体完全再电离红移的影响，即，$6\lesssim z_f \lesssim7$，得到$0.3\lesssimα\lesssim1.3$和$80\lesssim\mathscr{N}_γ\lesssim230$。对于正常恒星的每个重子释放的电离光子的典型数量$\sim4000$，这些光子从恒星逃逸的分数$f_{\rm esc}$可以被限制在$(2.0-5.8)%$的范围内。
2012-08-05 astro-ph.CO astro-ph.HE
Forecasts for Broadband Intensity Mapping of the Ultraviolet-Optical Background with CASTOR and SPHEREx
该研究预测了CASTOR与SPHEREx开展紫外-光学背景宽带强度映射的性能，明确其精度提升幅度与红移覆盖范围，指出其可约束EBL单极子、助力星系形成与再电离研究，相关代码与数据已公开。
2025-09-04 astro-ph.CO
High Mass X-ray Binaries and the Cosmic 21-cm Signal: Impact of Host Galaxy Absorption
通过在再电离之前加热星系际介质（IGM），X射线有望在早期宇宙中发挥重要作用。来自这个“加热时代”（EoH）的宇宙21厘米信号可以作为第一个星系内部高能过程的干净探测器。在这里，我们改进了先前的估计，这个信号，通过使用高分辨率的流体动力学模拟计算的X射线吸收由于星际介质（ISM）的主机星系。在宿主星系内部吸收的X射线无法逃逸到IGM中，并对EoH做出贡献。我们发现，通过这些星系的X射线不透明度可以用一个无金属的ISM来近似，其典型的柱密度为log[N / cm^-2] = 21.4 +0.40-0.65。我们通过将这些ISM不透明度与高质量X射线双星（被认为是早期宇宙中重要的X射线源）的公共光谱相结合来计算得到的21厘米信号。我们的研究结果支持“标准方案”，其中IGM的X射线加热是不均匀的，并发生在大部分再电离之前。大尺度（k ~ 0.1/Mpc）的21 cm功率在z = 10 - 15时达到峰值，约为100 mK^2，红移取决于宇宙恒星形成的历史。这与最近的一些工作相反，这些工作的动机是银河系内部对本地HMXB的X射线吸收要大得多。我们的主要结果可以重现近似的X射线发射HMXB与能量指数α = 1，截断在能量低于0.5千电子伏的幂律谱。
2017-02-01 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Near-IR Background Intensity and Anisotropies During The Epoch of Reionization
河外近红外（近红外）背景光的一小部分涉及来自星系在再电离过程中在红移超过6的紫外（UV）发射的红移光子。近红外背景的绝对强度和各向异性为观测第一光星系及其空间分布提供了一个新的途径。我们估计的河外背景光强度在再电离过程中占恒星和星云的发射从第一光星系。我们需要从这些星系的紫外光子密度产生一个再电离的历史，是一致的光学深度电子散射从宇宙微波背景测量。我们还需要在我们的模型中的星系的亮端光度函数再现测量的莱曼辍学光度函数在红移6至8。在$\sim$ 1.1 $μ$ m处的光谱峰处，绝对强度约为0.1至0.3 nW m $^{-2}$ sr $^{-1}$。我们还讨论了各向异性功率谱的近红外背景使用晕模型来描述星系分布。我们将我们对各向异性功率谱的预测与来自{ \it Spitzer}/IRAC、{ \it Hubble}/NICMOS和{ \it AKARI}的深近红外成像数据的现有测量进行比较。预测的均方根波动在几十个角分的角度尺度是大约一个数量级小于现有的测量。虽然强有力的论点已经作出了测量的波动没有涉及微弱的低红移星系的起源，我们发现，现有的测量也是不兼容的起源在再电离的时代。测得的近红外背景各向异性仍然无法解释，可能与一个身份不明的非天体物理起源。
2012-07-16 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$M_{UV} = -1…
2015-10-09 astro-ph.CO astro-ph.GA
Hubble/COS Observations of the Quasar HE 2347-4342: Probing the Epoch of He II Patchy Reionization at Redshifts z = 2.4-2.9
本文报道了用哈勃太空望远镜（HST）宇宙起源摄谱仪（COS）拍摄的高红移（z_em = 2.9）类星体HE 2347-4342的紫外光谱。G130 M（中等分辨率，1135-1440 A）和G140 L（低分辨率，1030-2000 A）光栅中的光谱在He II的303.78 A（Ly-alpha）线中在z = 2.39-2.87（G140 L）和z = 2.74-2.90（G130 M）之间表现出斑片状的耿-彼得森吸收。与COS，我们得到更好的光谱分辨率，更高的S/N，和更好地确定背景比以前的研究，与丰度分数x_HeII = 0.01的宇宙网丝的敏感性。COS的He II光学深度高于远紫外光谱探测器（FUSE），范围从tau_HeII < 0.02 to tau_HeII >5，平均光学深度恢复缓慢，在z < 2.7时tau < 2。He II/H I光学深度比在Delta z < 0.01的尺度上变化（2.4 < z < 2.73时eta = 10-100，2.75 < z < 2.89时eta = 5-500）（在z = 2.8时，共动径向距离为10.8 Mpc），在1135-1186 A之间有许多通量传输窗口。He II吸收区的能量范围为1186.26 A（z = 2.905），包括z_abs ~ z_QSO的吸收区和He II边缘…
2010-08-17 astro-ph.CO
The 21-cm BAO signature of enriched low-mass galaxies during cosmic reionization
对第一批恒星形成的研究已经确定，它们是通过分子氢冷却在$\sim 10^5 - 10^6 M_{\odot}$的小晕中形成的。由于来自恒星的低水平紫外线辐射足以分解分子氢，在通常假设的情况下，这种恒星形成的原始模式以红移$z \sim 15$结束，更多质量的晕开始主导恒星的形成。然而，来自第一批恒星的金属富集可能使较小的晕继续形成恒星。在这封信中，我们探讨了在富含金属的低质量晕中恒星形成对来自$z = 6-40$的中性氢红移21厘米信号的可能影响。这些晕显着影响的超音速流的速度，其特征重子声学振荡（BAO）签名。因此，低质量星系的富集可以在很宽的红移范围内在21厘米功率谱中产生强烈的信号，特别是如果小晕中的恒星形成比目前的模拟更有效的话。我们表明，即将到来的射电望远镜可以很容易地区分各种可能的情况。
2016-03-28 astro-ph.CO
New Constraints on Cosmic Reionization from the 2012 Hubble Ultra Deep Field Campaign
理解宇宙再电离需要识别和表征早期氢电离光子的来源。2012年哈勃超深场（UDF 12）活动利用哈勃太空望远镜上的宽视场相机3获得了最深的红外图像，并首次系统地探索了宇宙微波背景（CMB）数据显示正在进行再电离的时代的星系群。因此，UDF 12活动提供了迄今为止对早期恒星形成星系的丰度，光度分布和光谱特性的最佳限制。我们综合了新的UDF 12结果与CMB观测的最新约束，以推断红移相关的紫外（UV）光度密度，再电离历史和电子散射光学深度演化与现有数据一致。在对氢电离光子逃逸分数和星系际介质聚集因子的合理假设下，我们发现，要使宇宙完全红移z~6，红移z~7-9的恒星形成星系的星族可能必须在UDF 12极限之下扩展到M_UV \sim -13或更暗的绝对UV星等。此外，z \simeq 7-8星系的正常紫外线颜色和UDF 12到z \simeq 10星系观测到的随红移而平滑下降的低水平恒星形成延伸到红移z~15-25，这也可能需要重现从CMB观测推断的电子散射的光学深度。
2013-03-20 astro-ph.CO
Studying dark gaps in Ly-$α$ forest transmission with large reionization simulations
Max-Planck-Institut für Astronomie（马克斯·普朗克天文学研究所）；Institute for Theoretical Physics, Heidelberg University（海德堡大学理论物理研究所）
通过大体积模拟研究Ly-α森林暗隙分布，探讨再电离末期宇宙介质的物理条件，发现稍晚的再电离结束情景与观测数据最吻合。
2026-05-09 astro-ph.CO
Evidence of patchy hydrogen reionization from an extreme Ly$α$ trough below redshift six
我们报告了一个极长（$\sim$ 110 Mpc/ $h$）和黑暗（$τ_{\rm eff} \gtrsim 7$）Ly $α$槽的发现，该槽向下延伸到$z \simeq 5.5$，朝向$z_{\rm em} \simeq 6.0$类星体ULAS J 0148 +0600。我们使用这些新的数据相结合的42个类星体在$4.5 \le z_{\rm em} \le 6.4$的LY $α$森林测量进行更新的线的视线方差分析星系际LY $α$不透明度超过$4 \le z \le 6$。我们发现，在$z \sim 6$附近的视线之间的传输的散射显着超过理论预期的均匀的紫外线背景（UVB）或简单的波动UVB模型中，电离光子的平均自由程是空间不变的。数据，特别是接近$z \simeq 5.6$-5.8的数据，反而需要体积加权氢中性分数的波动，该波动是单独密度变化所预期的3倍或更多。我们认为，这些波动最有可能是由大规模的平均自由程的变化，不均匀的氢再电离的最后阶段的预期一致。然而，即使通过$z \simeq 5.6$，大部分数据与均匀的UVB一致，通过$z \sim 5$，数据与仅由密度场引起的不透明度波动完全一致。这表明，虽然再电离可能在$z \sim 6$进行，但在$z \sim 5$时已完全完成。
2015-01-16 astro-ph.CO
ETHOS -- an effective theory of structure formation: predictions for the high-redshift Universe -- abundance of galaxies and reionization
我们对比预测的高红移星系人口和再电离的历史之间的冷暗物质（CDM）和另一种自相互作用的暗物质模型的基础上，最近开发的ETHOS框架，阐明了小规模CDM的挑战，在本地组。我们进行了最高分辨率的流体动力学宇宙学模拟（一个36兆秒差距的$^3$体积与气体细胞质量的$\sim10^5\mathrm{M}_{\odot}$和$\sim180$ ~pc的最小气体软化）内ETHOS的日期-加上CDM对应-量化的丰富的星系在高红移和它们对再电离的影响。我们发现，ETHOS预测的星系具有更高的紫外（UV）光度比他们的CDM同行和更快的建立的暗端的UV光度函数。然而，这些效应使得再电离的光学深度对功率谱截止不太敏感：ETHOS模型与CDM $τ$值的差异仅为10%，如果紫外光子的有效逃逸分数为0.1-0.5，则与普朗克极限一致。我们的结论是，目前的观测高红移光度函数不能区分ETHOS和CDM模型，但深JWST调查强透镜，固有的暗淡星系有可能测试非CDM模型，提供有吸引力的解决方案CDM的本地组问题。
2019-01-09 astro-ph.CO hep-ph
Measuring Light from the Epoch of Reionization with CIBER, the Cosmic Infrared Background Experiment
宇宙中第一代恒星的紫外线辐射电离了星系际介质，这一过程在z~6时完成;这些光子的波长已经红移了（1+z），成为今天的近红外线，可以使用位于地球大气层上方的仪器进行测量。宇宙红外背景实验（CIBER）于2009年2月首次飞行，由四个仪器组成，安装在一个可重复使用的探空火箭上。CIBER将使用两台宽带成像仪器测量再电离时期宇宙结构引起的河外红外背景中的空间各向异性，使用低分辨率光谱仪详细描述红外背景的光谱形状，并在我们的六个科学领域中使用高分辨率光谱仪测量Zodical光前景的绝对亮度。本文介绍了CIBER的科学动机和前两次飞行的详细情况，包括对首次飞行发表的科学结果的回顾和对未来再电离科学与CIBER数据的展望。
2011-01-08 astro-ph.CO astro-ph.IM
