The contribution of the IGM and minihalos to the 21 cm signal of reionization
我们研究的宇宙学21厘米信号的星系际介质（IGM）和minihalos的统计特性，使用再电离模拟，其中包括一个自洽处理minihalo光蒸发。我们考虑两种模型的minihalo形成和三个典型的热状态的IGM -加热纯粹由电离，加热从电离和$\rm Lyα$光子，和一个最大的“强加热”模型。我们发现，从IGM的信号几乎总是占主导地位，从minihalos。在我们的计算中，微晕的亮度温度差$δT_b,$不大于2 mK。虽然来自小晕和IGM的信号确实存在一些差异，但即使计划建造新一代射电望远镜，也无法探测到它们。然而，minihalos显着影响IGM的电离状态和相应的21厘米通量。
2009-06-17 astro-ph.CO
Emulating Simulations of Cosmic Dawn for 21cm Power Spectrum Constraints on Cosmology, Reionization, and X-ray Heating
目前和即将进行的射电干涉测量实验的目标是对宇宙氢再电离和X射线加热时期的高红移21厘米波动信号进行统计表征。然而，将21 cm统计数据与基础物理参数联系起来是复杂的，因为理论上的挑战是以足够快的计算速度对相关物理进行建模，以探索高维和弱约束的参数空间。在这项工作中，我们使用机器学习算法来构建一个快速仿真器，该仿真器可以在很宽的参数空间内高精度地模拟21 cm信号的昂贵仿真。我们将我们的仿真器嵌入到马尔可夫链蒙特卡罗框架中，使其能够探索大量模型参数的后验分布，包括那些控制再电离时代，X射线加热时代和宇宙学的参数。作为一个工作的例子，我们使用我们的模拟器提出了一个更新的参数约束预测的氢时代的再电离阵列实验，表明其表征的基准21厘米功率谱将大大缩小允许的参数空间的再电离和加热参数，并可能有助于加强普朗克的约束$σ_8$。我们提供了我们的广义仿真器代码和它的实现，特别是21厘米的参数约束作为公开可用的软件。
2017-10-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
Probing reionization using quasar near-zones at redshift z ~ 6
利用流体动力学模拟和辐射转移程序，研究了$z\sim 6$类星体在其近区产生的星系际介质（IGM）中的附加加热效应。如果氦在HeII中占主导地位，IGM有效状态方程的归一化（$T_0$）和斜率（$γ$）都会被类星体的过度电离所修改。使用现有的限制$T_0$在$z\sim6$，我们讨论了HI和HeII再电离的性质和时代的影响。我们研究了HeIII区域的范围与类星体年龄的函数关系，并表明，对于$z \sim 6$类星体的典型推断年龄（即$\sim 10^8$年），它延伸到HI邻近区域的80%。对于这些长寿命，即使使用来自邻近区域的所有HI线，也可以检测到加热效应。使用通量和曲率概率分布函数（PDF），我们研究了作为IGM中初始物理条件的函数的加热效应的统计可探测性。对于目前的样本量，宇宙方差占主导地位的通量PDF。曲率统计更适合于捕捉宇宙方差之外的加热效应，即使样本量是目前可用的一半。
2014-07-16 astro-ph.CO
Constraining the X-ray heating and reionization using 21-cm power spectra with Marginal Neural Ratio Estimation
针对传统MCMC方法在宇宙黎明与再电离时期21厘米观测统计分析中计算成本随参数维度激增的问题，提出基于MNRE的SBI方法，结合21cmFAST与SKA热噪声预期，以更低成本准确恢复六维参数后验并支持多红移参数灵敏度研究，可拓展建模复杂度。
2023-08-31 astro-ph.CO
An Analytic Formulation of 21-cm Signal from Early Phase of Epoch of Reionization
我们提出了一个解析公式来模拟波动分量的HI信号从再电离的时代在部分加热的阶段。在此阶段，我们假设自电离区域（其尺寸分布可以使用偏移集形式主义计算）被加热区域包围。我们模拟了这些区域（近区）周围加热剖面的演变及其合并到随时间变化的背景（远区）。我们开发了一种形式主义来计算这种拓扑结构的两点相关函数，同时考虑到加热自相关和加热电离互相关。我们使用四个参数来模拟电离和X射线加热：电离效率，$ζ$，每个恒星重子的X射线光子数，$N_{\rm heat}$，X射线光子的光谱指数，$α$，和X射线光子的最小频率，$ν_{\rm min}$。我们针对一组这些参数计算$Λ$ CDM模型的红移范围$10 < z < 20$中的HI信号。我们发现，HI信号的范围内的规模$1\hbox{-}8 \, \rm Mpc$显示峰值强度$100\hbox{-}1000 \, \rm (mK)^2$在部分加热的时代。信号向均匀加热宇宙跃迁的红移取决于建模参数，例如，如果$ν_{\rm min}$从$100 \, \rm eV$变为$1 \, \rm keV$，则该跃迁从$z \simeq 15$变为$z \simeq 12$。这一结果，随着模型参数的HI信号的依赖性，是在合理的协议与现有的N体模拟的结果。
2018-06-13 astro-ph.CO
Heating of the Intergalactic Medium by Hydrogen Reionization
在再电离过程中，星系际介质被超音速电离锋（I-锋）脉冲加热。I-锋后的峰值气体温度$T_\mathrm{reion}$是再电离后热历史模型中的一个关键不确定性。在这里，我们使用高分辨率的辐射转移模拟研究的参数空间的$T_\mathrm{reion}$。我们发现，$T_\mathrm{reion}$是只有温和的敏感性的入射辐射的光谱在大多数的参数空间，温度主要由I-前速度。我们还探讨了目前的再电离模型预测$T_\mathrm{reion}$通过测量I-前速度在宇宙学辐射转移模拟。我们发现，后I-前的温度演变向更热的值作为再电离的进展。$T_\mathrm{reion} = 17,000-22,000$ K的温度在再电离的前半部分是典型的，但如果I-锋速度达到$\sim10^4$ km/s，如我们的模拟所发现的，则可能在该过程接近结束时达到$T_\mathrm{reion} = 25,000 - 30,000$ K。较短的再电离时期导致较热的$T_\mathrm{reion}$。我们讨论了$z>5$ Ly $α$森林观测的影响，其中可能包括视线通过热，最近再电离补丁的宇宙。从我们的参数空间研究的插值表是公开的，随着一个简单的适合的依赖$T_\mathrm{reion}$的I-前速度。
2019-04-02 astro-ph.CO astro-ph.GA
Galaxy-to-galaxy stochasticity has a limited impact on reionization and the 21-cm signal at fixed mean emissivity
Research School of Astronomy and Astrophysics, Australian National University（澳大利亚国立大学天文与天体物理研究学院）
研究发现，固定平均辐射发射率时，星系间随机性对再电离和21厘米信号影响有限，校准平均发射率比解析星系间散射更重要，相关功率谱差异低于SKA-Low观测灵敏度。
2026-10-15 astro-ph.CO
Reionization by UV or X-ray sources
我们提出了模拟的21厘米信号在再电离的时代。我们专注于正确建模的吸收制度中存在的非均匀Wouthuysen场效应和X射线加热。我们运行辐射转移模拟的三个波段的源光谱（莱曼，紫外线和X射线），以充分考虑这些过程。我们发现，21厘米的信号的亮度温度波动的幅度大于100 mK在早期的再电离，高达10倍以上的几个10 mK的典型幅度在后期的发射阶段。更重要的是，我们发现，即使类星体源的贡献相当高，也只是抑制了吸收机制，而没有消除它。我们的研究结果表明，早期再电离的观测可能会受益于更高的信噪比值比在后期阶段。在分析信号的统计特性（功率谱和PDF）之后，我们发现三个诊断来约束X射线的水平，因此第一源的性质。
2010-08-12 astro-ph.CO
Constraints on Dark Matter annihilations from reionization and heating of the intergalactic gas
暗物质湮灭在重组后和结构形成时期将能量沉积在原始星系际介质中，产生再电离和加热。我们调查的约束，所施加的观测到的宇宙的光学深度和测量的星系际气体的温度。我们发现，边界是显着的，并有权力排除大部分的“DM质量/截面”参数空间。光学深度边界一般较强，并不依赖于结构形成的历史显着。在某些情况下，对于小质量或强子湮灭通道，温度约束可能是有竞争力的（并且受到结构形成细节的影响）。我们发现，特别是DM粒子与轻子和几个TeV的质量，如那些需要解释PAMELA和费米+HESS宇宙射线的暗物质方面的过剩，一个大的湮灭截面被排除在外，因为它们产生太多的自由电子。我们还发现，低质量粒子（<~ 10 GeV）往往会对气体加热过多，因此不受欢迎。
2009-09-15 astro-ph.CO hep-ph
Models of the Thermal Evolution of the Intergalactic Medium After Reionization
近年来，人们对低密度星系际介质（IGM）的温度进行了更精确的测量。这些新的测量限制了IGM的加热过程，例如H I和He II的再电离。我们提出了一个半解析模型的IGM的热历史，遵循原始气体的光加热历史。我们的模型采用了多区域的方法，相比以前的模型，更准确地捕捉不均匀的加热和冷却的IGM在补丁再电离。我们比较我们的模型与最近的温度测量跨度z = 1.6-4.8，发现这些测量是一致的情况下，He II在z = 3-4类星体的再电离。显着更长的持续时间或更高的红移He II再电离的情况被排除的测量。对于氢再电离，我们发现只有低红移和高温的情况下被排除在外。例如，一个模型，其中IGM被加热到30 000 K时，电离前沿通过，并与氢再电离发生超过6 < z < 9，被排除。最后，我们对TeV耀变体、宇宙射线和其他非标准机制的加热量进行了限制。我们发现，在z = 2时，每个重子最多可以注入1 eV的额外热量，而在z > 3时，这一限制变为<~0.5 eV。
2016-06-09 astro-ph.CO
Unveiling the cosmic dawn and epoch of reionization using cosmic 21-cm signal
本研究利用宇宙21厘米信号对宇宙黎明和再电离时代进行半解析建模，探讨了原初磁场、宇宙射线质子加热对EDGES信号的影响，并结合MCMC方法约束了再电离模型，指出未来探测将更好地限制早期恒星形成率。
2023-11-21 astro-ph.CO
Intergalactic heating by Lyman-alpha photons including hyperfine structure corrections
来自宇宙第一辐射源的莱曼α光子在宇宙黎明和再电离时代的21厘米射电探测中起着关键作用。评论的超精细结构的氢的加热或冷却的星系际介质的速度的影响。结果表明，宇宙微波背景对中性氢的加热是可以忽略的，在红移z处的特征加热时间为1 e ~（27）s/（1+z）。
2021-05-30 astro-ph.CO
Large scale simulations of H and He reionization and heating driven by stars and more energetic sources
我们提出了从$z=18$到$z=5$的宇宙再电离和再加热的模拟，研究了恒星（发射软紫外光子）、核黑洞（BH，具有幂律谱）、X射线双星（XRB，具有硬X射线主导谱）和与超新星相关的扩散星际介质热韧致辐射（ISM，具有软X射线谱）的作用。我们后处理的流体动力学模拟大规模黑色II（MBII）与多频电离辐射转移。源的性质直接来自MBII的物理环境，我们唯一真正的自由参数是电离逃逸分数$f_{\rm esc}$。我们发现，在这里探索的模型中，逃逸分数随着红移的减小而减小的模型产生的结果最符合观测结果，例如中性氢分数和汤姆逊散射光学深度。恒星是氢再电离的主要驱动者，因此也是星系际介质（IGM）热历史的主要驱动者。我们获得了所有源类型的体积平均温度$\langle T \rangle \sim 20,000~{\rm K}$的$z=6$的$\langle x_{\rm HII} \rangle = 0.99998$。BH是罕见的，对氢的再电离可以忽略不计，但相反，它们是唯一可以完全电离氦的源，通过$\sim 10^4~{\rm K}$增加局部温度。中性和低电离氢的热和电离状态随不同的源组合而显著不同，ISM和（在较小程度上）XRB起着重要作用，因此，确定了中性氢21 cm信号从吸收到发射的转变。
2020-09-14 astro-ph.CO astro-ph.GA
21cm-line bispectrum as method to probe Cosmic Dawn and Epoch of Reionization
红移21 cm信号是研究宇宙黎明期和再电离期星系际介质状态的有效工具。在我们之前的工作中（Shimabukuro et al 2015），我们研究了方差和偏度，以给出21 cm功率谱的清晰解释，并发现偏度是X射线加热变得有效的时期的良好指标。因此，21厘米信号的空间分布的非高斯特征有望用于研究CD和EoR中的天体物理效应。在本文中，为了更详细地研究这种非高斯特征，我们专注于21厘米信号的双谱。21 cm亮温双谱可能是由于Wouthysen-Field（WF）效应、X射线加热和再电离等多种天体物理效应引起的非高斯性而产生的。我们研究了21厘米双谱的各种性质，如尺度依赖性、形状依赖性和红移演化。并研究了21 cm双谱各分量的贡献。我们发现，各分量的贡献具有典型的尺度依赖特征，在未来的实验中，我们可以利用21 cm双谱，结合功率谱和偏度，获得更详细的CD和EoR中IGM的信息。
2016-04-01 astro-ph.CO
Preheating of the Universe by cosmic rays from primordial supernovae at the beginning of cosmic reionization
来自宇宙再电离期的21厘米信号可以揭示z~30-10原始星系际介质（IGM）的加热历史。有人认为，来自第一个吸积黑洞的X射线可以在这些早期时期显著加热宇宙。在这里，我们提出了另一个IGM加热机制与第一批恒星。从先前的工作中得知，终结大质量第三星族恒星生命的强大超新星（SNe）的残余物可以很容易地从它们的宿主暗物质微晕中扩展到周围的IGM中，这得益于来自祖星的紫外线辐射对晕气体的光蒸发。我们认为，在这样的残余物的演化过程中，SN动能的一个显着的部分可以投入到低能量（E<30 MeV）的宇宙射线，最终将逃逸到IGM。这些次相对论性的宇宙射线可以在宇宙中传播，并在与第一批星系和类星体相关的更强大的再电离/加热机制发挥作用之前，将IGM加热约10-100 K。因此，未来的21厘米观测可以限制第一颗超新星的能量，并提供有关原始IGM中磁场的信息。
2015-09-28 astro-ph.CO astro-ph.HE
A Comprehensive Bayesian re-analysis of the SARAS2 data from the Epoch of Reionization
我们提出了一个贝叶斯重新分析的天空平均21厘米的实验数据SARAS 2使用嵌套采样实现polychord，光谱平滑前景建模实现maxsmooth，详细的系统建模和快速信号仿真与globalemu。我们的分析不同于以往的SARAS 2数据分析，通过使用一个完整的贝叶斯框架和单独的建模的前景和非光滑的系统。我们使用最新的信号模型，包括莱曼- $α$和CMB加热参数的天体物理参数，如恒星形成效率，X射线加热效率，最小维里圆速度的恒星形成星系，CMB光学厚度和X射线光谱能量分布的低能截止。我们认为模型与多余的无线电背景以上的CMB产生通过无线电发射从早期星系和参数化的无线电生产效率。一个非平滑的系统被识别和建模为一个频率阻尼正弦波引入的电子和独立的天空。后者由天线的总效率调制，并且由数据略微有利。我们考虑三种不同的模型的数据中的噪声。SARAS 2对单个天体物理参数的约束非常弱，但我们确定了不利信号的类别。我们弱不赞成标准的天体物理模型与高莱曼- $α$通量和弱加热，更有信心地不赞成异国情调的模型与高莱曼- $α$通量，低X射线效率和高射电产生效率的早期星系。
2022-05-20 astro-ph.CO
Galactic wind X-ray heating of the intergalactic medium during the Epoch of Reionization
本文计算了再电离期（EoR）星系风的漫射软X射线发射率。我们考虑两个分析模型，压力驱动的风和超级气泡模型，和3D宇宙学模拟，包括气体动力学的第一个十亿年（FiBY）项目。分析模型被归一化以匹配附近宇宙中恒星形成星系的漫射X射线发射率。宇宙学模拟使用物理激发的恒星形成和风的处方，并包括辐射转移校正。所有的模型和模拟都被发现产生足够的加热的星系际介质可检测的当前和计划的无线电设施通过21厘米测量EoR。虽然分析模型预测相对于$z_{\rm trans} \simeq 8 - 10$设置的宇宙微波背景的21厘米发射信号，但FiBY模拟中的预测信号在再电离完成之前仍处于吸收状态。21 cm吸收差亮度温度达到最小值$ΔT \simeq -130$至$-200$ mK，具体取决于型号。允许来自高质量X射线双星的额外热量将跃迁推到发射到$z_{\rm trans} \simeq 10 - 12$，较浅的吸收特征具有最小值$ΔT \simeq -110$到$-140$ mK。21厘米的信号可能是区分风模型的一种手段，超级气泡模型有利于更早的再加热。虽然早期的发射转变可能表明X射线双星主导了再加热，但早在$z_{\rm trans} > 12$就向发射转变则表明存在额外的热源。
2017-08-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
Inhomogeneous recombinations during cosmic reionization
通过耗尽可用于扩展宇宙HII区域的电离光子预算，重组系统（或莱曼极限系统）可以在宇宙再电离期间（和之后）产生巨大影响。不幸的是，在大规模再电离模拟中直接解决这样的结构在计算上是不切实际的。相反，在这里，我们实现了一个子网格处方跟踪星系际介质中的非均匀重组。建立在以前的工作参数化恒星形成的光加热反馈，我们提出了大规模的，半数值再电离模拟，自洽跟踪本地（子网格）的源和汇的电离光子的演变。我们简单的单参数模型自然会产生扩展的再电离和适度、缓慢变化的发射率，与观察结果一致。双折射有助于减缓大HII区域的增长，并抑制再电离后期（和之后）电离背景的快速上升。结果，在整个再电离过程中，典型的HII区域小了$\sim 2-3$倍。在再电离的后半部分，大尺度（$k\lesssim 0.2\text{ Mpc$ ^{-1} $}$）电离功率谱受到$\gtrsim 2-3$因子的抑制。因此，正确的重组建模是重要的，几乎所有的再电离观测，包括即将到来的干涉与红移21厘米线解释。与以前的工作一致，我们发现在再电离结束时电离气体的聚团因子为$C_{\rm HII}\sim 4$。
2014-02-10 astro-ph.CO
Investigating X-ray sources during the epoch of reionization with the 21 cm signal
加热中性气体的能量源是至关重要的21厘米信号的预测期间的再电离（EoR）的时代。为了研究不同来源类型的21厘米信号的统计差异，我们使用了五个辐射转移模拟，这些模拟具有相同的恒星UV发射模型和不同的高能源组合，如X射线双星（XRB），吸积核黑洞（BH）和热星际介质发射（ISM）。我们发现，有效的加热从ISM增加了平均全球21厘米的信号，同时减少其波动，从而功率谱。在双谱中还观察到在正值和负值之间的转变的尺度和定时方面的明显影响。XRB的影响与ISM相似，尽管由于加热效率较低，其在时间上有所延迟，强度也有所降低。由于核黑洞的缺乏，在它们存在的情况下，21~cm统计的行为与只考虑恒星的情况非常相似，除了最新的再电离阶段，当黑洞的影响清晰可见时。我们发现，在这里调查的源场景之间的差异大于仪器的噪音SKA 1-低$z \gtrsim 7-8$，这表明，在未来可能会限制光谱能量分布的源有助于再电离过程。
2021-03-17 astro-ph.CO astro-ph.GA
Tantalizing Evidence of Reionization Relics in the eBOSS DR16 Ly$\boldsymbolα$ Forest Correlations: a Preference for Early Reionization
本文利用eBOSS DR16数据重新分析Lyα森林BAO测量，首次纳入再电离记忆，发现含再电离遗迹的模型拟合更好且倾向早期再电离，同时显著影响非BAO参数，强调其在宇宙学分析中的重要性。
2025-11-11 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
Constraining High Redshift X-ray Sources with Next Generation 21 cm Power Spectrum Measurements
我们使用的Fisher矩阵形式主义和半数值模拟，以获得定量预测的约束下一代干涉仪，如氢时代的再电离阵列（HERA）和平方公里阵列（SKA）的功率谱测量，将放置在加热高红移星系际介质的X射线源的特性。通过对$z=5$和$z=25$之间的观测，我们发现，即使在前景污染的“楔形”或FM波段内无法进行测量，拟议的331个元素HERA和SKA第1阶段也能够对这些第一X射线源的光谱特性进行$\lesssim 10\%$约束。当占的自旋温度波动的功率谱振幅的增强，我们发现，可观察到的签名的再电离扩展远远超出了功率谱中的峰值通常与it.We还发现，较低的红移简并之间的签名加热和再电离物理导致的再电离参数的错误，是显着大于以前的预测。在加热时期的观测能够打破这些简并，大大改善我们的约束。由于这两个原因，在加热时期的21.cm观测也大大增强了我们对再电离的理解。
2016-04-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
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
Lyman-$α$ Constraints on Cosmic Heating from Dark Matter Annihilation and Decay
我们推导出新的约束模型的衰变和湮灭暗物质（DM），要求注入星系际介质（IGM）的能量不会过热，它在晚些时候，当测量的莱曼- $α$森林约束IGM温度。我们改进了以前的分析，使用最近开发的$\texttt{DarkHistory}$代码包，自洽地考虑到额外的光电离和光加热过程，由于再电离和DM源。我们的约束是强大的再电离的不确定性和竞争力与领先的限制亚GeV DM，优先衰变到电子。
2021-02-04 astro-ph.CO hep-ph
21cm signal predictions at Cosmic Dawn and Reionization with coupled radiative-hydrodynamics
宇宙在高红移下的加热和再电离过程联系着小尺度结构/星系形成和大尺度星系间介质的性质。即使第一个很难观测，随着当前和未来射电望远镜的发展，第二个观测窗口正在打开。他们将允许观察21厘米的亮度温度全球信号和波动。因此，大规模模拟的需要是强烈的，以了解将被观察到的IGM的属性。但与此同时，迫切需要解决负责这些进程的结构问题也很重要。在这项研究中，我们介绍了一个耦合的水-辐射转移模拟宇宙黎明和再电离与一个简单的亚网格恒星形成过程的开发和校准的最先进的模拟CoDaII。该方案允许遵循一致的暗物质，流体动力学和辐射转移演化的大尺度上，而亚网格模型的桥梁星系形成规模。我们对模拟进行处理，以产生尽可能接近观测的21 cm信号。
2021-03-04 astro-ph.CO
On the spin-temperature evolution during the epoch of reionization
模拟估计从再电离时期（EoR）的红移21厘米的差分亮度温度往往假设自旋温度是去耦的背景CMB温度，并远远大于它。虽然一个有效的假设对再电离过程的后期阶段，它不一定在早期的时代举行。违反这一假设将导致差异亮度温度的波动，既不是由密度波动，也不是由HII区域驱动。因此，通过处理自旋温度与动力学温度的莱曼-α耦合和碰撞耦合，自洽地计算自旋温度是至关重要的。在本文中，我们开发了一个扩展的BEARS算法，最初开发的模型再电离的历史，包括这些耦合效应。在这里，我们模拟了三种模型中的电离和加热的效果，其中再电离是由恒星，miniqsos或两者的混合物驱动的。我们还进行了一些统计测试，以量化的自洽包含的自旋温度从CMB去耦的印记。我们发现自旋温度的演化对测量信号有影响，特别是在红移大于10的情况下，当人们试图解释观测数据时，应该考虑这种演化。
2010-09-30 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
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
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
Reionization with Simba: How much does astrophysics matter in modeling cosmic reionization?
传统的大尺度再电离模型通常采用晕质量和光度之间简单的确定性关系来预测再电离的进行。在这里，我们研究使用更详细的电离源模型的建模再电离的影响，在$100~{\rm Mpc/h}$宇宙流体动力学模拟{ \sc Simba}，加上后处理的辐射转移。与简单的（一对一）模型相比，使用{ \sc Simba}源的主要区别在于暗物质晕与恒星形成的关系分散，从而导致电离发射率的分散。我们发现，在功率谱水平上，电离形态基本保持不变，无论源的数量或逃逸分数的变化。特别地，功率谱形状保持不受影响，并且其幅度在整个再电离过程中变化小于5- 10%，这取决于标度和中性分数。我们的研究结果表明，电离源的简化模型仍然是可行的，有效地模拟宇宙尺度上的再电离结构，虽然再电离的精确进展需要考虑天体物理效应引起的散射。
2022-05-26 astro-ph.CO astro-ph.GA
Fast Large Volume Simulations of the 21 cm Signal from the Reionization and pre-Reionization Epochs
虽然限于低空间分辨率，但在再电离时代和之前以21厘米观测为目标的下一代低频无线电干涉仪将具有天空上数十平方度的瞬时视场。预测有关的各种统计测量的21厘米的亮度温度，然后必须追求与数值模拟的再电离与相应的大体积箱的大小，订单1000 Mpc的一侧。我们追求一个半数值方案来模拟21厘米信号期间和之前的再电离通过扩展一个混合的方法，其中模拟是通过首先放下线性暗物质密度场，占非线性演化的密度场的基础上二阶线性微扰理论所指定的泽尔多维奇近似，然后使用暗物质集合形式主义来确定坍缩的暗物质晕的位置和质量。利用离散集算法确定了电离源的位置和电离场的时间演化分布。我们通过自旋和气体温度之间的耦合，由于碰撞，辐射耦合在莱曼α光子和星系际介质的加热，如由于背景的X射线光子，我们占的亮度温度演化。我们提出的混合模拟方法是能够产生所需的大体积模拟与足够的分辨率在合理的时间内，所以大量的实现可以得到与天体物理学和背景宇宙学的假设，管理21厘米的信号的变化。
2010-06-13 astro-ph.CO
Cosmic Reionization On Computers: Baryonic Effects on Halo Concentrations During the Epoch of Reionization
重子既通过绝热收缩增加晕的浓度，又通过反馈过程排出质量。然而，在再电离时期普遍存在的辐射场如何影响暗物质晕中浓度的演化还不是很清楚。我们研究重子物理在再电离时代如何修改计算机宇宙再电离（CROC）模拟中的暗物质晕结构。我们使用两种不同的措施晕浓度量化的影响。我们比较浓度的晕之间匹配的全物理模拟和暗物质只有模拟$5 \leq z \leq 9$之间具有相同的初始条件。全物理模拟中的重子确实会将物质拉向中心，与仅暗物质模拟相比，增加了最大圆周速度。然而，它们的总体影响要比所有重子简单地集中在中心的情况小得多，这表明加热过程有效地抵消了冷却效应。最后，我们表明，在$z\approx5$晕浓度的重子效应是相对不敏感的再电离历史的环境变化。这些结果是有关模型的星系晕连接在再电离的时代。
2022-09-29 astro-ph.CO astro-ph.GA
PAPER-64 Constraints On Reionization II: The Temperature Of The z=8.4 Intergalactic Medium
我们提出的约束的星系际介质（IGM）在z=8.4的动力学温度，并在模型上加热IGM在高红移与X射线发射的第一个崩溃的对象。这些约束条件是用半解析方法推导出来的，以探索唐纳德C。Backer Precision Array for Probing the Epoch of Reionization（PAPER），在Ali et al.（2015）的配套论文中提出。如果IGM的动力学温度显著低于宇宙微波背景（CMB）的温度，一般可以产生振幅为数百mK ^2的21 cm功率谱;因此，PAPER的新结果将IGM温度的下限定在z=8.4。考虑到IGM的未知电离状态，我们的测量发现IGM温度对于10%和85%之间的中性部分高于~5 K，对于15%和80%之间的中性部分高于~7 K，或者对于30%和70%之间的中性部分高于~10 K。我们还计算了加热的IGM，将提供所观察到的高红移星系人口，并发现，对于大多数模型，这些星系足以使IGM温度高于我们的下限。然而，有显着范围的参数空间，可以产生一个信号排除了PAPER测量;模型与陡峭的下降，在恒星形成率密度在高红移或相对较低的价值观的X射线恒星形成率效率的高红移星系通常是不受欢迎的。的纸测量是一致的（但不约束）的氢自旋温度高于CMB温度，这种情况下，我们发现一般预测，如果星系暗于目前的检测极限的光学/近红外测量包括在计算中的X射线加热。
2015-09-15 astro-ph.CO
The hydrodynamic response of small-scale structure to reionization drives large IGM temperature fluctuations that persist to z = 4
本研究通过高分辨率模拟发现，再电离加热引起的冷气体细丝和迷你晕膨胀导致IGM小尺度温度涨落持续到z≤4，并可能使Lyα森林通量功率增加约10%。
2024-07-17 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
POLAR-II: modeling star formation history of galaxies on the 21-cm signal from Epoch of Reionization
Guizhou Normal University（贵州师范大学）；Indian Institute of Science Education and Research Kolkata（印度科学教育研究所加尔各答分校）；Max-Planck Institute für Astrophysics（马克斯·普朗克天体物理学研究所）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences（中国科学院国家天文台）；University of Sussex（萨塞克斯大学）；University of Groningen（格罗宁根大学）；Stockholm University（斯德哥尔摩大学）
研究不同星系星形成历史模型对再电离时期 21 厘米信号的影响，发现星形成历史参数对离子化区域大小和加热过程有显著影响。
2026-03-10 astro-ph.CO astro-ph.GA
Testing common approximations to predict the 21cm signal at the Epoch of Reionization and Cosmic Dawn
本研究利用符合观测约束的三类天体物理源模拟，检验了再电离与宇宙黎明时期21cm信号建模中四种常见近似的有效性，发现这些近似均会带来显著误差，为相关信号的精准建模提供了参考。
2024-07-05 astro-ph.CO
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
Optimal joint reconstruction from CMB observations: application to cosmic birefringence, patchy reionization and CMB lensing
针对下一代CMB观测中二次估计器的次优性与偏差污染问题，提出联合最大后验框架同时重建多个畸变场，显著降低了重建噪声与透镜偏差，为搜寻原初B模式提供更稳健的分析。
2025-03-05 astro-ph.CO
First results on the Epoch of Reionization from First Light with SARAS 2
中性氢原子21厘米跃迁引起的宇宙微波背景的长波长光谱畸变是宇宙黎明和再电离时代的一个重要探测。这些特征可能揭示了第一批恒星和超暗星系的性质，它们改变了原始气体的自旋温度和电离状态。SARAS~2是为精确测量这些全球21厘米光谱畸变而设计的光谱辐射计。我们使用部署在印度南部Timbaktu Collective的辐射计在110-200 MHz频段对无线电背景进行了63小时的夜间观测，以获得理论模型预测的合理红移21 cm信号的可能性。SARAS 2的第一束光不利于具有弱X射线加热（$f_X \leq 0.1$）和快速再电离（峰值$\frac{dT_b}{dz} \geq 120~\textrm{mK per unit redshift interval}$）特征的模型。
2017-08-01 astro-ph.CO astro-ph.IM
The Cosmic Near Infrared Background III: Fluctuations, Reionization and the Effects of Minimum Mass and Self-regulation
目前的观测表明，宇宙在z~6之前的某个时候被再电离。观察宇宙这一时期的一种方法是通过近红外背景（NIRB），其中包含有关星系的信息，这些星系可能太微弱而无法单独观察。我们计算了这些星系的分布引起的NIRB涨落的角功率谱（C_l）。假设完全减去任何再电离后的分量，C_1将由负责完成再电离的星系主导（例如，z~6）。在高l时，C_l的形状对星系中暗物质晕的非线性偏置量很敏感。由于非线性偏置依赖于这些晕的质量，我们可以利用C_l的形状来推断完成再电离的暗物质晕的典型质量。我们通过使用更高分辨率的N体模拟来扩展我们先前的研究，该模拟可以将晕解析到10^8 M_sun。我们还包括改进的辐射转移，这使得抑制恒星形成的小质量晕由于光电离加热。由于非线性偏置在小尺度上增强了暗物质晕的功率谱，我们发现，在小晕中完全抑制小源或部分抑制恒星形成的情况下（电离区的最小星系质量为M_min=10^9 M_sun，中性区的最小星系质量为M_min=10^8 M_sun），C_l比这些小晕未被抑制的情况更陡。在所有情况下，我们都没有看到l^2C_l形状的向高l的转变。
2012-04-17 astro-ph.CO
Cross-correlation between the 21-cm signal and [OIII] emitters during early cosmic reionization
我们研究统计的21厘米信号的时代的再电离。我们建议使用[OIII]线发射星系交叉相关的21厘米信号从$z = 7 - 10$。为了这个目的，我们采用模拟再电离后处理的高分辨率宇宙流体动力学模拟大规模黑色-II的三维（3D）辐射转移代码碰撞以下的电离光子从各种来源的传播。我们发现，在再电离的早期阶段，21厘米的信号与大尺度$(k < 1h~\rm cMpc^{-1})$上的[OIII]发射器的空间分布呈正相关。这种正相关性是由温度-星系相关性产生的，它比我们假设加热饱和时大几倍。随着再电离区的扩大，相关性从$z = 10$变为8。在这个时期的信号可以通过结合平方公里阵列（SKA）和宽场[OIII]发射器调查来检测。我们还计算了3D [OIII]强度场的互功率谱，旨在利用未来的强度映射观测。我们得出结论，高红移[OIII]线发射器可以用来探测再电离过程时，星系际介质基本上是中性的。
2019-09-10 astro-ph.CO astro-ph.GA
21SSD: a public database of simulated 21-cm signals from the epoch of reionization
来自再电离时代（EoR）的21厘米信号预计将在未来几年内通过现有仪器或即将到来的SKA和HERA项目进行检测。在这方面，迫切需要公开提供涵盖各种可能信号的高质量模板。这些都是未来仪器的端到端仿真以及开发信号分析方法所必需的。在这项工作中，我们提出了这样一组模板，公开提供，可在https://21ssd.obspm.fr/下载。该数据库包含21厘米的亮度温度lightcones在高和低分辨率，和几个派生的统计量为45个模型跨越我们选择的三维参数空间。这些数据是与LICORICE代码进行的完全耦合的辐射流体动力学高分辨率（$1024^3$）模拟的结果。X射线和莱曼线转移进行考虑加热和Wouthuysen场耦合波动。我们还提出了第一次利用的数据使用的功率谱和像素分布函数（PDF）的红移的函数，计算从光锥数据。我们分析了这两个数量的行为时，考虑到一个典型的SKA调查的热噪声的模型参数变化。最后，我们表明，功率谱和PDF有不同的-在一定程度上互补-区分不同模型的能力。这打开了大门，制定一个最佳的采样参数空间，取决于所选择的诊断。
2017-07-07 astro-ph.CO
Semi-analytical description of clumping factor and CMB free-free distortions from reionization
宇宙的密度对比，用物质功率谱及其方差来参数化，可以放大等离子体中自由-自由过程的信号。尺度小于DM粒子自由流尺度的波动阻尼对应于大波数k的总物质功率谱的抑制。我们推导出的时间演化的各种宇宙模型和参数的物质功率谱的方差通过数值计算的功率谱与玻尔兹曼代码CAMB的修改版本，对于不同的值的截止参数kmax。适当的解析近似的数值结果。然后，我们描述的CMB自由-自由光谱失真占来自聚集因子的放大效应。事实上，与星系际介质密度对比相关的块状物随着红移的减小而增加。选择天体物理学和唯象宇宙学再电离的历史，我们评估的自由自由失真的聚集因子的影响，并讨论预测信号的波长依赖性进行分析。最后，我们解决了与其他类别的不可避免的CMB光谱失真和未来的观测前景的比较。虽然再电离的康普顿化在高频下占主导地位，但在所考虑的模型中预测的自由-自由信号在低于约25 GHz（10 GHz）的频率下以几个（几十个）百分比的水平对失真做出贡献，并且代表低于约4 GHz的主要签名。从HI 21厘米背景的宇宙学信号被发现占上风的自由-自由失真在一个限制，模型依赖的频率窗口之间约0.1和0.2 GHz。
2013-10-23 astro-ph.CO
The 21-cm forest as a simultaneous probe of dark matter and cosmic heating history
本文提出利用21厘米森林的一维功率谱同时探测暗物质粒子质量与宇宙加热历史，该方法可打破温暗物质与加热效应的简并并提高灵敏度，未来SKA观测有望同时确定二者。
2023-07-09 astro-ph.CO
The ACS LCID project. V. The Star Formation History of the Dwarf Galaxy \objectname[]{LGS-3}: Clues for Cosmic Reionization and Feedback
利用哈勃空间望远镜上的\it高级巡天照相机（\it Advanced Camera for Surveys）获得的深度测光资料，分析了过渡型（dIrr/dSph）本星系群\objectname []{LGS-3}（双鱼座）的恒星形成历史。我们的分析表明，\objectname []{LGS-3}的SFH主要由一个持续时间为$\sim$ 1.4 Gyr的主情节$\sim 11.7$ Gyr所支配，形成了恒星的$\sim 90%$。随后，\objectname []{LGS-3}继续形成恒星，直到现在，尽管速度要低得多。早期化学富集的缺乏与在孤立的dSph星系中观察到的光度相当的情况相反，这意味着dSph星系更大，受到更多的潮汐剥离。我们比较了\objectname []{LGS-3}的SFH与宇宙学模型的预期。大部分或全部的恒星形成都是在再电离时期之后的\objectname []{LGS-3}中产生的，假设再电离时期是在$z\sim6$或$\sim 12.7$ Gyr前完成的。该星系的总质量估计在2到$4\times 10^8$ M $_\odot$之间，对应于28 km\ s $^{-1}$到36 km\ s $^{-1}$之间的圆周速度。这些值接近但略高于30 km\ s $^{-1}$的极限，低于该极限的紫外线背景预计将阻止再电离后的任何恒星形成。来自SNe的反馈与恒星形成的…
2011-01-30 astro-ph.CO
The Role of Quasar Radiative Feedback on Galaxy Formation during Cosmic Reionization
最近的观测发现，许多$z\sim 6$类星体场缺乏星系。这种意外的星系缺乏可能是由类星体辐射反馈解释的。本文介绍了一套类星体场的三维辐射转移宇宙学模拟。我发现类星体辐射抑制低质量星系的恒星形成，主要是通过光解离它们的氢分子。光加热也起作用，但仅在$\sim$ 1亿年之后。然而，当类星体开启时，已经具有$10^5 M_\odot$以上恒星质量的星系将不会受到明显的抑制。类星体辐射反馈抑制星系光度函数（LF）的暗端在$1$ pMpc范围内，但远小于LF的场间变化。我的研究还表明，通过使用类星体周围明亮星系（$M_{1500}<-16$）的数量，我们可以潜在地恢复潜在的质量过密度，这使我们能够对类星体环境进行可靠的限制。
2020-05-27 astro-ph.CO astro-ph.GA
Simulating the Impact of X-ray Heating during the Cosmic Dawn
即将到来的对再电离时代21厘米信号的观测将很快提供对这个时代的第一次直接探测。这个信号受到许多天体物理效应的影响，包括星系际气体的长距离X射线加热。在之前的宇宙黎明时代，这种加热对21厘米信号的影响特别突出，特别是在自旋温度饱和之前。我们提出了迄今为止最大体积（349\，Mpc共动=244~ $h^{-1}$ Mpc）的全数值辐射转移模拟，包括氦气和多频加热的影响，有和没有X射线源。我们发现，X射线源有助于显着的早期加热的中性星系际介质，因此，相应的21厘米的信号。与只有恒星的情况相比，包含硬的高能辐射产生了更早的从吸收到发射的延长的过渡。X射线源的存在降低了平均21厘米差亮温的绝对值。这些硬源也显着增加了21厘米的波动相比，温度饱和的共同假设。21厘米差分亮度温度功率谱最初在大尺度上增强，然后在所有尺度上降低。与冷的、未加热的星系际介质的情况相比，信号具有较低的均方根波动和增加的非高斯性，如通过21厘米概率分布函数的偏度和峰度所测量的。分辨率约为11弧分的21 cm信号的图像仍显示出远高于与SKA 1-Low深度集成的预期噪声的波动，表明X射线加热时期的直接成像是可行的。
2017-03-27 astro-ph.CO
Signatures of metal-free star formation in Planck 2015 Polarization Data
从普朗克宇宙微波背景（CMB）偏振测量的宇宙再电离历史的标准分析只考虑电子散射的总光学深度（$τ$），并进一步假设一个阶梯状的再电离历史。然而，偏振数据包含超出整体光学深度的信息，并且阶跃函数的假设可能会错过对光学深度的高红移贡献，并导致有偏的$τ$约束。考虑到其完整的再电离信息内容，我们重新考虑使用简单但物理动机的再电离模型解释普朗克2015年低频仪器（LFI）偏振数据。我们表明，这些测量仍然，事实上，允许一个不可忽略的贡献，从无金属（波普-III）恒星形成的质量$M \sim 10^5-10^6 M_\odot$在$z \gtrsim 15$的迷你晕，提供这种模式的恒星形成是相当低效的。我们的最佳拟合模型包括一个早期的，自我调节阶段的波普-III恒星形成的再电离历史具有渐进的，高原的功能。在这个模型中，宇宙体积的20%的$\sim$被$z \sim 20$电离，但它仍然提供了一个很好的匹配普朗克LFI测量。尽管当数据的全部信息内容被合并时是优选的，但在标准分析中，这种模型将是不受欢迎的。这种偏好主要是由$10 \lesssim \ell \lesssim 20$多极处E模式偏振的过量功率驱动的，这可能反映了数据中剩余的系统误差、统计波动或第一批恒星的特征。普朗克高频仪器（HFI）的测量应该能够证实或反驳这一暗示，未来的宇宙方差有限的E模式偏振调查可以提供更多关于这些特征的信息
2016-10-03 astro-ph.CO
Light cone anisotropy in 21 cm signal from the epoch of reionization
使用一套详细的数值模拟，我们估计的各向异性水平产生的时间演化沿光锥的21厘米信号的再电离时代。我们的模拟包括必要的物理模型的信号在后期的发射制度和早期的吸收制度，即X射线和莱曼带3D辐射转移除了通常的动力学和电离紫外线传输。使用垂直和平行于视线（LOS）的关联函数分析信号。我们重现一般的研究结果从以前的理论研究：整体振幅的相关性和光锥各向异性是可见的，只有在大尺度（100 cMpc）的事实。然而，具体的行为是不同的。在3个不同的时期，幅度的相关性沿和垂直于LOS彼此不同，指示各向异性。这3个时期与全球再电离历史的3个事件有关：电离气泡的重叠，源周围区域X射线的温和加热的开始，以及源周围区域有效的莱曼-α耦合的开始。当我们使用方向关联函数时，可能需要20 × 20 deg^2的测量区域来减轻样本方差。在100 cMpc尺度上，光锥各向异性占主导地位，超过了在线性状态下计算的特有速度梯度所产生的各向异性。通过模拟仪器噪声和有限的分辨率，我们发现，各向异性应该很容易检测的SKA，假设完美的前景去除，限制因素是一个足够大的调查规模。在LOFAR的情况下，很可能只有第一次各向异性事件会落在观测频率范围内，并且只有当样本方差大大减小时才能检测到（即大于20 × 20 deg^2的测量，这是目前没有计划的）。
2014-01-08 astro-ph.CO
Patchy Helium and Hydrogen Reionization from the Kinetic Sunyaev-Zel'dovich Effect and Galaxies
本研究拓展kSZ高阶统计量并提出其与星系巡天的新型交叉关联方法，经联合信息矩阵分析表明，下一代CMB和星系巡天可表征氢再电离的斑块形态并约束氦再电离的红移演化。
2025-06-12 astro-ph.CO astro-ph.GA
Cosmic Dawn (CoDa): the First Radiation-Hydrodynamics Simulation of Reionization and Galaxy Formation in the Local Universe
来自早期星系的星光导致的宇宙再电离影响了它们的演化，从而影响了再电离本身。例如，恒星形成的抑制可以解释相对于N体预测的冷暗物质，观测到的本星系群矮星丰度不足。再电离建模需要模拟足够大的体积[~（100 Mpc）^3]来对再电离“斑块”进行采样，同时要分辨出数百万个~10^8 Msun以上的星系源，将引力和气体动力学与辐射转移结合起来。对本星系群进行建模需要预先选择初始宇宙学密度波动，以形成今天众所周知的本星系群结构。宇宙黎明（“CoDa”）是第一个这样的完全耦合，辐射流体动力学模拟再电离的本地宇宙。我们新的混合CPU-GPU代码RAMSES-CUDATON在GPU上执行数百个辐射转移和电离率求解器时间步长，用于CPU上的每个流体重力时间步长。CoDa在ORNL超级计算机Titan上用4096^3个粒子和细胞模拟了（91 Mpc）^3，结果红移为4.23，使用了8192个核心和8192个GPU。全球再电离的结束比观测到的稍晚。然而，一个简单的时间重新标度，使电离分数的演变与观测一致，也调和电离通量密度，宇宙恒星形成的历史，CMB电子散射光学厚度和星系紫外光度函数与它们的观测值。光致电离加热抑制了质量低于2 x 10^9 Msun的恒星晕的形成，减少了MAB_1600 = [-10，-12]周围微弱星系的丰度。在大部分再电离过程中，恒星形成都是由10^10 ~ 10^11兆太阳质量的晕…
2016-09-06 astro-ph.CO astro-ph.GA
Raising the Optical Depth to Reionization with Dark Matter Decay
Key Laboratory of Dark Matter and Space Astronomy, Purple Mountain Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院紫金山天文台暗物质与空间天文重点实验室）；School of Astronomy and Space Science, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学天文与空间科学学院）；Department of Strategic and Advanced Interdisciplinary Research, Peng Cheng Laboratory（鹏城实验室战略与先进交叉研究部）
本研究测试暗物质衰变能否提高再电离光学深度，以缓解CMB与BAO测量间的差异。采用Gompertzian模型自洽计算，发现衰变暗物质仅将光学深度从0.064提升至0.072，不足以显著缓解差异，但提供了互补的寿命约束。
2026-10-01 astro-ph.CO
Charting the Parameter Space of the Global 21-cm Signal
早期的恒星形成宇宙仍然缺乏约束，高红移恒星的性质，第一个加热源和再电离高度不确定。这使得观测者在计划21厘米的实验时几乎没有理论指导。在这项工作中，我们探讨了可能的范围内的高红移参数，包括恒星形成效率和恒星形成晕的最小质量;效率，光谱能量分布，和红移的第一个X射线源的演化;和再电离的历史。这些参数只受到现有观测的微弱约束，主要是宇宙微波背景的光学厚度。我们使用现实的半数值模拟产生的全球21厘米信号的红移范围$z = 6-40$的193个不同的组合的天体物理参数跨越允许的范围。我们表明，预期的信号填充一个大的参数空间，但具有固定的一般形状的全球21厘米曲线。即使我们有广泛的模型选择，我们仍然发现全球21厘米信号的关键特征和高红移宇宙的基本天体物理性质之间存在明显的相关性，即Ly $α$强度，X射线加热率和电离光子的产生率。这些相关性可以用来直接联系未来的全球21厘米信号的测量天体物理量在大多数模型独立的方式。我们确定额外的相关性，可以用作一致性检查。
2017-08-21 astro-ph.CO
