Helium Reionization Simulations. III. The Helium Lyman-$α$ Forest
在La Plante等人（2017）中，我们提出了一套新的流体动力学模拟，旨在准确捕获氦II再电离过程。在本文中，我们讨论的观测签名中存在的He II Ly $α$森林。我们表明，有效的光学深度的体积$τ_\mathrm{eff}$是不足以捕捉氦II的电离态，由于大的变化固有的视线。然而，氦II通量PDF可以用来确定氦II再电离的时间。一维通量功率谱的幅值也可以确定氦II的电离态。我们表明，即使目前有限的观测数量（$\sim$ 50视线），通量PDF的测量可以产生有关氦II再电离的信息。此外，使用一维功率谱的测量可以提供再电离的时间以及电离辐射源的相对偏差的明确指示。
2017-10-09 astro-ph.CO
What do observations of the Lyman-alpha fraction tell us about reionization?
研究宇宙再电离历史的一个有吸引力的方法是测量莱曼α分数的红移演化，莱曼破裂选择星系的百分比在Ly-alpha线中明显发射。当星系际介质变得明显中性，星系的Ly-alpha发射逐渐减弱时，这一部分预计会向高红移方向下降。有趣的是，使用这种技术进行的早期测量表明，在z ~ 7附近，Ly-alpha分数会大幅下降。以前的工作得出结论，这需要一个令人惊讶的中性星系际介质-中性氢填充超过50%的宇宙体积-在这个红移。我们模型的演变Ly-alpha分数使用宇宙学模拟的再电离过程。在再电离完成之前，由于再电离的不均匀性，模拟的Ly-alpha分数具有较大的空间波动。由于现有的Ly-alpha分数测量在天空中的范围相对较小，并且只对这些区域进行稀疏采样，因此它们可能会偶然探测到大多数Ly-alpha衰减高于平均值的星系。我们发现，这个样本方差不是非常大的现有调查，但它确实有点减轻所需的中性分数在z ~ 7。定量地，在校准以匹配再电离后的测量的基准模型中，我们发现当前z = 7的观测需要在95%置信水平下x_HI > 0.05的体积平均中性分数。因此，我们发现z ~ 7 Ly-alpha分数测量确实可能在再电离完成之前探测宇宙，但它们不需要非常大的中性分数。
2013-12-04 astro-ph.CO
The Detectability of Lyman Alpha Emission from Galaxies during the Epoch of Reionization
我们研究了Lyman Alpha（Lya）发射线在再电离时期（EoR）的可见性。结合银河系外流模型与大规模的再电离半数值模拟，我们量化的概率分布函数（PDF）的分数Lya光子通过星系际介质（IGM），T_IGM传输。我们的研究重点是星系填充暗物质晕质量的M_halo=1e10 M_sun在z=8.6，这是受到最近报道的星系在z=8.6与强大的Lya线发射发现。对于合理的模型假设，我们发现风导致T_IGM>10% [50%]，对于大多数星系，即使宇宙体积约为80% [60%]中性。因此，从报道的z=8.6星系中观察到的强Lya发射与高度中性的IGM一致。我们还调查了最近的初步证据的影响，观察到的“LAE分数”之间的辍学星系z=6和z=7之间的减少。如果得到证实，我们表明，在x_HI的快速演变将需要通过再电离的影响来解释这一观察。
2011-11-30 astro-ph.CO
Constraining the second half of reionization with the Lyman-$β$ forest
我们提出了一个分析的演变莱曼系列森林到时代的再电离宇宙学辐射转移模拟的情况下，再电离结束晚。我们探讨模型与不同的中点的再电离和气体温度。我们发现，一旦模拟已被校准，以匹配观测到的莱曼- $α$森林在$4 < z < 6$的平均通量，他们也自然地再现分布的有效光学深度的莱曼- $β$森林在这个红移范围。我们注意到，最难匹配的最大光学深度的尾部对应于ULAS J 0148 +0600的长吸收谷，我们之前在模拟中已经证明了这一点。我们认为，莱曼系列森林的发展到更高的红移，并表明，未来的观测莱曼- $β$森林在$z>6$将区分不同的再电离历史。Lyman- $α$和Lyman- $γ$森林的演化作为将再电离研究推向更高红移的工具，分别由于更强的饱和度和前景污染而不太有希望。
2020-06-29 astro-ph.CO astro-ph.GA
The HiZELS/UKIRT large area survey for bright Lyman-alpha emitters at z~9
我们提出了迄今为止最大的面积调查（1.4 deg 2）莱曼α发射体（LAEs）在z~9，作为Hi-z发射线调查（HiZELS）的一部分。这次巡天主要以z < 3的H-α发射体为目标，使用英国红外望远镜上的宽视场照相机和J波段的定制窄带滤光片，在z = 8.96+-0.06的1.12 × 10^6 Mpc ^3的同向移动体积内达到~10^43.8 erg/s的莱曼-α光度极限。在1517个线辐射源中发现了两个候选者，但在后续观测后被拒绝为LAE。这将明亮的莱曼α发射体的空间密度的限制提高了3个数量级，并且与莱曼α光度函数在z~6之外的亮端的抑制一致。结合更小但更深的调查的上限，这排除了一些最极端的高红移莱曼α发射体模型。我们还研究了银河系棕矮星对z>7的窄带莱曼α巡天的潜在污染，得出这样的结论：这种污染对于7.7 < z < 8.0，9.1 < z < 9.5和11.7 < z < 12.2的搜索很可能是重要的。
2009-11-28 astro-ph.CO
Lyman Alpha Emitter Evolution in the Reionization Epoch
将宇宙学SPH模拟与先前发展的Lyman α产生/传输模型和早期再电离模型（ERM，再电离终止于红移z~7）相结合，我们得到了红移在5.7 ~ 7.6之间的Lyman α发射体（LAEs）的Lyman α和UV光度函数（LF）。将模型结果与z~5.7处的观测结果相匹配，需要莱曼α的逃逸分数f_alpha=0.3，以及UV（非电离）连续光子的逃逸分数f_c=0.22，对应于色过量E（B-V）=0.15。我们发现：（i）f_c随着星系平均尘埃含量的减少而向高红移方向增加;（ii）f_alpha/f_c的演化表明，随着红移的减少，ISM中的尘埃含量逐渐变得不均匀或成团。在初始再电离阶段，集群光电离助推是重要的，但对高电离IGM的莱曼α LF影响不大。晕（恒星）质量范围为10.0 < \log M_h < 11.8（8.1 < \log M_* < 10.4），M_h \propto M_*^{0.64}。恒星的形成速率在每年3-120个太阳质量之间，所有红移的质量加权平均年龄都大于2000万年，而平均恒星金属量从Z=0.12增加到0.22太阳金属量从z~7.6增加到z~5.7;年龄和金属量都与恒星质量呈正相关。最明亮的LAE都具有大的恒星形成率和中等年龄（~ 2亿年）的特征，而Lyman Alpha LF暗端的天体显示出大的年龄和恒星形成率。在没有更多的自由参数的情况下，Lai等（200…
2009-11-02 astro-ph.CO
Efficient Modelling of Lyman-α opacity fluctuations during late reionization epoch
Max-Planck-Institut für Astronomie（马克斯·普朗克天文学研究所）；Indian Institute of Technology Indore（印度理工学院印多尔分校）
本研究通过高效建模方法，利用半数值模型和观测数据，探讨了晚期再电离时期Lyman-α不透明度波动的参数约束与物理特性。
2025-10-28 astro-ph.CO
Lyman Alpha Emitters and the 21cm Power Spectrum as Probes of Density-Ionization Correlation in the Epoch of Reionization
由于Ly $α$光子与氢的大截面，莱曼α发射体（LAEs）在再电离时期（EoR）对星系际介质（IGM）中中性氢的存在很敏感：在宇宙历史中，IGM中的中性氢被电离。在IGM相对于底层的内在LAEs的电离区域的相关性有显着的效果上观察到的LAEs的数量和它们的明显聚类。因此，在EoR期间LAE的观测可以用作EoR形态的探针。在这里，我们建立在以前的作品，我们参数化的密度电离相关性在EoR，并研究如何观察到的数密度和角关联函数（ACF）的LAEs依赖于此参数化。使用斯巴鲁测量的数密度的LAE和他们的ACF在z = 6.6，我们把限制的EoR形态。我们发现，在z = 6.6单独LAEs的测量不能区分不同的密度电离模型在$68\%$的可信度。然而，添加信息的数量密度，和ACF，LAE在$z = 6.6$到21厘米功率谱测量使用氢时代的再电离阵列（HERA）在再电离的中点可以排除不相关和外向内再电离在$99\%$的可信度。
2021-05-07 astro-ph.CO
The visibility of Lyman Alpha Emitters: constraining reionization, ionizing photons and dust
利用GADGET-2宇宙学模拟方法，结合尘埃模型和辐射转移程序（pCRASH），建立了高红移Lyman α辐射源的物理模型。我们使用5个不同的氢电离光子逃逸分数值（f_esc= 0.05，0.25，0.5，0.75，0.95）对pCRASH宇宙学模拟进行后处理，直到再电离完成，即平均中性氢分数降至<X_HI>~10^-4。然后，将模型结果与观测到的z~6.6处LAEs的Lya和UV光度函数相匹配的唯一自由参数是Lyman Alpha（Lya）和连续光子从银河系环境中的相对逃逸（f_alpha/f_c）。我们发现了一个三维简并，使得理论模型可以与IGM Lya透射<T_alpha>率LAE~38-50%（<X_HI>对于高斯发射线，其转化为~0.5-10^-4）、f_esc~0.05-0.50和f_alpha/f_c~0.6-1.8的观测结果相一致。
2014-05-06 astro-ph.CO
Probing the Epoch of Reionization with the Lyman Alpha Forest at z~4-5
不均匀的宇宙学再电离过程在z=4-5的星系际介质中留下了有形的印记。莱曼α森林通量功率谱提供了一个潜在的强大的探测时代的再电离。利用现有的SDSS I/II类星体样品，在没有其他物理过程影响Lyman α通量功率谱的情况下，利用z=4.5 ± 0.5处的Lyman α森林吸收谱，可以在~7 σ水平上区分两种宇宙学再电离方案，一种在z=6处完成再电离，另一种在z=9处完成再电离.红移范围z=4-5可能提供最好的窗口，因为仍然有足够的透射通量和类星体来测量通量波动的精确统计，并且IGM仍然保留了大量的再电离记忆。
2009-07-09 astro-ph.CO astro-ph.GA
The distribution of Lyman-limit absorption systems during and after reionization
莱曼极限吸收系统在宇宙学再电离过程中和再电离之后可以发挥许多重要作用。不幸的是，由于所需的动态范围过大，不可能自洽地将这些系统包括在宇宙学模拟中。使用快速和多功能的半数值模拟，我们系统地探索吸收系统的空间分布期间和之后的再电离。我们自我校准的平均自由程（MFP）的电离紫外线背景（UVB）的吸收剂的数量，并在一个给定的MFP和中性氢分数目前的结果。我们使用一个简单的光学深度准则来确定吸收体的位置。我们的方法是相当强大的不确定性，如丢失的子网格结构。与在较低的红移，其中的UVB是相对均匀的，在较高的红移中的UVB和HII形态的再电离的波动可以驱动的大规模分布的吸收系统。具体来说，我们发现，吸收剂是高度相关的密度场在小尺度上，然后成为反相关的UVB在大尺度上。再电离后，吸收剂的大尺度功率谱跟踪UVB功率谱，这可以预测与一个简单的分析扩展的晕模型。在再电离过程中，吸收体倾向于优先位于最近电离的星系际介质（IGM）的超密度（即细丝）内。在再电离期间和之后，吸收体也可以主导小尺度（k > 1/Mpc）21-cm功率。相反，它们在中等尺度上平滑对比度。一旦HII区域增长到超过mfp，吸收器增加到大规模的21厘米功率。我们的研究结果应被证明是有用的，在解释未来的观测再电离时代。
2010-07-30 astro-ph.CO
Effects of Lyman alpha scattering in the IGM on clustering statistics of Lyman alpha emitters
我们研究了观测到的恒星形成星系的莱曼α发射分数和大尺度结构之间的相关性，通过后处理快照的大型，高分辨率的流体动力学模拟与莱曼α辐射转移代码在红移z= 4，3，2。我们发现所观察到的分数与密度，密度梯度沿视线，速度和速度梯度沿视线的相关性，所有在同一数量级（百分之几十）。此外，与角动量的暗物质晕的相关性被检测到。与以前的研究相比，我们发现没有显着的变形的2点关联函数由于选择的影响，从辐射转移在IGM内的模拟量的有限的统计。
2013-06-04 astro-ph.CO
The properties of the brightest Lyman alpha emitters at z~5.7
我们使用深VLT光学和近红外光谱和深斯皮策/IRAC成像来检查z=5.7的两个最明亮的莱曼α发射体的特性。在这两个天体中都能清楚地探测到莱曼α线的连续红向，从而有助于对观测到的静止框架等效宽度进行相对准确的测量（10- 20%的不确定性），这两个天体的等效宽度都在160埃左右。通过详细的轮廓的莱曼α线与3-D蒙特卡罗辐射转移代码的建模，我们估计的内在的休息帧等效宽度的莱曼α和找到的值是300埃左右，这是在上限的范围内允许非常年轻，适度的金属贫恒星形成星系。然而，不确定性很大，数据允许高达700埃的值。在斯皮策太空望远镜拍摄的深度图像中，这两个莱曼α发射体都在3.6微米处被探测到。我们使用这些测量，测量的连续红向莱曼α和其他测光约束这些非常明亮的莱曼α发射器的光谱能量分布，并将它们与文献中的三个类似的莱曼α发射器进行比较。我们的模型中包含了星云发射的贡献：排除它会导致显着更高的质量。在所有天体中都发现了尘埃的证据，而星云谱线的辐射通常对其余3.6微米的通量做出主要贡献。这些天体有丰富的发射线，是下一代超大型望远镜JWST和ALMA的主要目标。
2011-09-07 astro-ph.CO
Impact of inhomogeneous reionization on the Lyman-α forest
在高红移处的\lya森林是再电离的一个强有力的探测器。建模和观察这种印记带来了重大的技术挑战：必须考虑到不均匀的再电离，同时能够在再电离之前解决网状小尺度结构。在这项工作中，我们量化的非均匀再电离的影响\lya森林在较低的红移（$2 < z < 4$），即将到来的调查，如DESI将使通量功率谱的精确测量。我们使用两个小盒子模拟能够处理的\lya森林和半数值大盒子模拟的小尺度结构能够代表非均匀再电离的影响。我们发现，不均匀的再电离可以产生可测量的影响\lya森林功率谱。$z_{\rm obs} = 4$和$k = 0.14 \ \rm{Mpc}^{-1}$的3D功率谱的偏差范围为$19 - 36\%$，对后期再电离的影响更大。通过$z_{\rm obs} = 2$，校正减小到$2.0 - 4.1\%$。对1D功率谱的影响较小，范围从$z_{\rm obs}=4$处的$3.3 - 6.5\%$到$z_{\rm obs}=2$处的$0.35 - 0.75\%$，这些值与当前和即将进行的调查中的统计不确定性相当。此外，我们研究如何可以这个系统的约束与21厘米功率谱的四极的帮助。
2019-05-20 astro-ph.CO
A Lyman Break Galaxy in the Epoch of Reionization from HST Grism Spectroscopy
我们目前观测到一个红移z=6.573的发光星系-第一个光谱确认来自PEARS调查（探测演化和再电离光谱）的无狭缝HST ACS棱镜光谱，其显示在restframe 1216 A波长处光谱中的戏剧性连续中断。第二次确认是通过Keck + DEIMOS完成的。地面光谱不能清楚地探测到连续谱，但高波长分辨率使莱曼α发射线轮廓得以确定。我们比较线轮廓复合线轮廓在红移z=4.5。莱曼α线剖面没有显示阻尼翼衰减的特征，证实星系际气体在红移z=6.57处被电离。在更高的红移处的莱曼断裂光谱将有可能使用红外敏感的grisms的超深观测，即使在莱曼α被中性IGM衰减得太厉害而无法使用传统的地面光谱检测的红移处。
2013-05-14 astro-ph.CO
Understanding the redshift evolution of the luminosity functions of Lyman-alpha emitters
本文提出了一个恒星形成的半解析模型，它同时解释了观测到的高红移Lyman break星系（LBG）的紫外光度函数和Lyman α发射体的光度函数。我们认为这两个模型，使用Press-Schechter（PS）和Sheth-Tormen（ST）晕质量函数来计算暗物质晕的丰度。在z < 4时的Lyman-alpha光度函数很好地再现，只有<10%的LBG发射的Lyman-alpha线的剩余等效宽度大于窄带巡天的极限等效宽度。然而，只有当我们假设几乎所有的LBG都是莱曼α发射体时，才能重现z > 5时观察到的光度函数。因此，4 < z < 5似乎标志着高红移星系的物理性质发生明显变化的时代。由于莱曼-α逃逸依赖于星际介质（ISM）的尘埃和气体运动学，这可能意味着平均而言，z > 5的ISM可能更少尘埃，更多的clusional，并具有更复杂的速度场。所有这些都将使莱曼α光子更容易逃逸。在z > 5时，观测到的Lyman α光度函数与晕质量函数的演化以及高红移星系物理性质的微小演化很好地再现。特别是，高达z = 6.5，我们没有看到从这些星系的莱曼α逃逸星系际介质（IGM）不透明度的影响。
2009-06-12 astro-ph.CO
Revealing reionization with the thermal history of the intergalactic medium: new constraints from the Lyman-$α$ flux power spectrum
本文利用$4.0\lesssim z\lesssim5.2$的Lyman-$α$森林通量功率谱对星系际介质（IGM）再电离期间和再电离后的热历史进行了新的研究。使用15个高分辨率光谱的样本，我们测量了这些红移（$-1\lesssim \log(k/$ km $^{-1}$ s）（$\lesssim -0.7$）的通量功率，直到最小尺度。这些尺度对IGM的瞬时温度和再电离期间和之后每单位质量注入的总能量都非常敏感。我们测量的温度在平均密度$T_{0}\sim7000$-8000 K，符合没有显着的温度演变的红移$4.2\lesssim z\lesssim5.0$。我们还提出了第一个观测约束的综合IGM的热历史，发现每单位质量的总能量输入增加从$u_{0}\sim4.6$ ${\rm eV}$ $m_{\rm p}^{-1}$到7.3 eV $m_{\rm p}^{-1}$从$z\sim 6$到$4.2$假设的$Λ$ -CDM宇宙学。我们展示了如何可以同时使用这些结果来获得信息的时间和来源的再电离过程。我们的第一个概念证明，使用简单的模型瞬时再电离产生的结果与最近的普朗克约束，有利于模型与$z_{\rm rei}\sim 8.5^{+1.1}_{-0.8}$。
2019-01-31 astro-ph.CO
Clustering of Ly-alpha emitters around luminous quasars at z = 2-3: an alternative probe of reionization on galaxy formation
窄带观测在以z = 2.168的类星体PKS 0424-131为中心的70 pMpc^3体积内没有检测到Ly-alpha发射。这与在类似的红移和通量极限下实地调查Ly-alpha发射体形成对比，这表明在同一体积内应该可以看到数十个源。观测到的差异表明类星体环境对Ly-alpha发射体的观测密度有显着影响。为了量化这种效应，我们构建了一个半解析模型来模拟发光类星体对附近Ly-alpha发射体的影响。我们发现PKS 0424-131周围的零检测意味着Ly-alpha发射体宿主晕的最低等温温度大于3.4 x 10^6 K（68%水平），对应于约1.2 x 10^12 M太阳的维里质量。这表明类星体强烈的紫外辐射可能抑制了附近星系的恒星形成。我们的研究表明，低红移类星体环境可以作为一个替代研究辐射抑制的星系形成在再电离的时代。
2011-05-18 astro-ph.CO
Clustering at high redshift: The connection between Lyman Alpha emitters and Lyman break galaxies
我们提出了一个物理驱动的半解析模型来理解集群的高红移莱曼α发射体（LAEs）。结果表明，在观测光度函数的约束下，模型参数可以用来预测LAEs的大尺度偏差和角关联函数。这些预测显示出非常好地再现了观测结果。我们发现，平均质量的暗物质晕托管LAEs亮于阈值窄带震级~ 25是~ 10^11 M_ \odot。这些都小于典型的莱曼Break galvanized（LBG）比类似的阈值连续等亮的一个因素~ 10。这导致LAE的聚集强度小于LBG。然而，使用观测到的LAEs的紫外连续光谱和莱曼α光度之间的关系，我们表明，LAEs和LBG属于同一个母星系人口与窄带技术具有更大的效率，在拿起低紫外光度的星系。我们还表明，缺乏证据的存在下的一个晕项在所观察到的LAE角关联函数可以归因于亚泊松分布的LAE在暗物质晕作为其低晕职业的结果。
2013-09-11 astro-ph.CO
Probing Reionization with Quasar Spectra: the Impact of the Intrinsic Lyman-alpha Emission Line Shape Uncertainty
可以说，了解红移z > 6的星系际介质（IGM）再电离尾端的最佳希望是通过检测和表征明亮类星体光谱中IGM的Gunn-Peterson（GP）阻尼翼吸收。然而，使用类星体光谱来测量IGM阻尼翼需要类星体的固有莱曼α发射线的模型。在这里，我们量化的不确定性，在固有的线的形状，以及这些不确定性如何影响IGM中性分数的测定。我们已经收集了一个目录的高分辨率的HST光谱的发射线的未遮蔽的低红移类星体，并具有其特点的变化的形状的线。然后，我们添加模拟吸收高红移IGM这些类星体光谱，以确定相应的不确定性，再电离约束使用当前和未来的样本z > 6类星体光谱。我们发现，如果莱曼-α发射线的红移被假定为符合从金属线确定的系统红移，推断IGM中性分数系统地偏置到低的值，由于莱曼-α线相对于金属线的系统蓝移。如果类似的蓝移持续存在于z > 6的类星体中，这种偏差加强了先前关于z ~ 6处存在大量中性氢的说法。即使只有少数明亮的类星体，这种技术也能够在高度电离（x_IGM ~ 10^-3）和中性（x_IGM = 1）的IGM之间做出可靠的区分。
2009-08-17 astro-ph.CO
Lyman-alpha Emitters in Cosmological Simulations I: Lyman-alpha Escape Fraction and Statistical Properties at z=3.1
我们使用非常大的宇宙学光滑粒子流体动力学模拟研究高红移莱曼α发射体（LAEs）的性质。我们在一侧100 h^-1 Mpc的宇宙学体积中识别出z=3.1的恒星形成星系。我们发展了一个现象学模型的吸收，散射和逃逸的莱曼α光子的假设下，星系中的星际介质的团块与较大规模的子结构丰富。诺伊菲尔德（Neufeld，1991）提出的辐射转移效应允许大部分莱曼-α光子从一个cloudian星系逃逸，即使它包含大量的尘埃。我们的模型再现，为第一次，所有以下观察到的性质LAEs在z=3.1：角关联函数，紫外和莱曼α光度函数，和等效宽度分布。一个只考虑尘埃吸收的简单模型无法与观测数据相匹配，这表明我们所考虑的那种效应是必要的。我们的模型还预测了一个双峰年龄分布LAEs。有古老的，巨大的和尘土飞扬的LAEs，类似于最近发现的高红移LAEs。大的LAE具有f_esc ~ 0.05-0.1的莱曼α光子的逃逸分数。
2011-02-23 astro-ph.CO
Assuming Ionization Equilibrium and the Impact on the Lyman-$\mathrmα$ Forest Power Spectrum during the End of Reionization at $8 \geq z \geq 5$
利用宇宙辐射流体动力学\textsc{Technicolor Dawn}模拟方法研究了电离平衡假设对氢再电离末期星系际介质的影响。在中性和部分电离区，那里的超星系紫外线背景（UVB）是弱的，电离时标$t_\mathrm{ion}\equiv Γ^{-1}$超过哈勃时间。假设在这样的区域中的光电离平衡人为地提高了电离率，加速了再电离。与此相反，复合时间$t_\mathrm{rec} < t_\mathrm{ion}$在光电离区，结果，假设光电离平衡人为增加中性氢的分数。利用$8 \geq z \geq 5$之间的快照，我们比较了有和没有电离平衡假设的预测的莱曼- $α$森林通量功率谱。小尺度（$k > 0.1$ rad s km $^{-1}$）在电离平衡情况下显示出从$7 \leq z \leq 5.5$降低的功率，而较大尺度不受影响。这是由于相同的原因：电离平衡人为地抑制了自保护气体中的中性部分，并增强了空隙中的电离，抑制了电离场的小尺度波动。当体积平均中性分数下降到低于$10^{-4}$时，Lyman-$α$森林（LAF）上的非平衡电离特征消失。与最近的观测结果比较表明，这些非平衡效应在LAF通量功率谱中还没有观测到。
2022-04-11 astro-ph.CO
The spectral evolution of the first galaxies. II. Spectral signatures of Lyman continuum leakage from galaxies in the reionization epoch
从z>6星系逃逸的电离光子的比例（fesc）是评估这些天体在宇宙再电离中的作用时的一个重要参数，但星系际介质的不透明性排除了在这些时期直接测量单个星系的fesc。我们认为，由于fesc调节星云发射对星系光谱的影响，它仍然应该是可能的间接探测fesc以及再电离时代。作为第一步，我们证明，通过结合测量的休息帧的UV斜率β与Hb发射线的等效宽度，具有非常高的莱曼连续逃逸分数（fesc>0.5）的星系应该是可识别的z~9通过光谱与即将到来的詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）。以低红移星系团后面的强透镜星系为目标，可以获得质量足够好的JWST谱，其中M（1500）<-16.0的星系在z~7，M（1500）<-17.5的星系在z~9。尘埃遮蔽的恒星形成可能会使分析复杂化，但ALMA或计划中的SPICA任务的支持观测可能会对这些星系的尘埃性质提供有用的限制。
2013-08-31 astro-ph.CO
Observing the tail of reionization: neutral islands in the $z=5.5$ Lyman-$α$ Forest
先前的研究已经注意到，在模拟$z>5.5$ Ly $α$森林的最高不透明度时存在困难，这是在类星体ULAS J 0148 +0600上观察到的极端Ly $α$谷的缩影。一种可能性是，在这些红移的最不透明的区域包含大量的中性氢。这种解释抛弃了再电离在$z=6$之前结束的普遍假设，也调和了在$z=7.5$独立观测到的显著中性宇宙的证据。在这里，我们探讨了一个模型，其中中性部分仍然是$\approx 10\%$在$z=5.5$。我们证实，该模型可以解释所观察到的分散在赖氨酸$α$森林混浊，以及所观察到的赖氨酸$β$传输在J 0148槽。我们对比模型与竞争的“早期”再电离的情况下，其特征在于一个短的平均自由程和大的波动后再电离电离背景。我们认为Ly $α$和Ly $β$有效光学深度，它们的相关性，槽尺寸分布，暗像素分数，IGM热历史，和空间分布的莱曼- $α$发射器周围的森林视线。我们发现，这些模型在几乎所有这些统计数据中大致相似，这表明可能很难明确区分它们。我们认为，在$z>5$的平均自由程和热历史上的改进约束可以走很长的路要走的起源诊断的$z>5.5$不透明度波动。
2020-03-28 astro-ph.CO
Understanding Lyman-alpha emitters
本出版物包含2008年10月6日至10日在海德堡马克斯普朗克天文研究所举行的理解莱曼α发射体会议的会议摘要。会议的范围是汇集大多数在莱曼α发射体领域工作的科学家，无论是在低或高红移，还是在观测或理论方面，并总结莱曼α发射星系的研究领域已经走了多远。还希望对该领域的未来进行展望。作为会议的一部分，两天的时间专门用于总共六次讨论会。主题是i）新方法和选择方法，ii）形态学，iii）本地宇宙观测可以告诉我们关于高红移宇宙的什么？iv）聚类，v）SED拟合和vi）Ly-alpha斑点。要求这些会议的主席总结这些会议记录中所介绍的讨论情况。
2009-04-21 astro-ph.CO
Empirical Estimate of Lyman-alpha Escape Fraction in a Statistical Sample of Lyman-alpha Emitters
莱曼α复合线是研究星系演化和现代观测宇宙学的基本工具。然而，随后的解释仍然容易出现一些不确定性。除了数值研究外，我们还迫切需要实验数据来更好地理解Lya逃逸过程。为了校准高红移的莱曼α观测，我们在z ~ 0 - 0.3星系的统计显著样本中经验地估计莱曼α逃逸分数fesc（Lya）。一个光学光谱的后续行动的子样本的24莱曼α发射器（LAEs）检测GALEX在z ~ 0.2-0.3，结合紫外光学样本的本地星爆，都与匹配的光圈，使我们能够量化的尘埃消光通过巴耳末线，并估计莱曼α逃逸分数从H α通量校正消光的重组理论的框架。莱曼-α辐射的全球逃逸分数几乎涵盖了整个数值范围，从0.5%到100%，fesc（Lya）随着星云尘埃消光E（B-V）的增加而明显减小。几个天体的fesc（Lya）大于fesc（continuum），这可能是天体物理学或非球面物理学的观测证据。在z ~ 0.2-0.3 LAEs和局部星爆之间，选择偏差和孔径大小效应可能仍然占主导地位，这可以解释观察到的fesc（Lya）的差异。
2009-09-15 astro-ph.CO
A New Method to Measure the Post-Reionization Ionizing Background from the Joint Distribution of Lyman-$α$ and Lyman-$β$ Forest Transmission
在再电离时代结束时，弥漫在星系际介质（IGM）中的电离背景的振幅对再电离宇宙的源的发射率提供了有价值的约束。虽然在较低的红移电离背景的测量依赖于模拟校准的映射之间的光电离率和平均传输的Ly $α$森林，在$z\gtrsim6$的IGM变得越来越不透明，和传输仅出现在狭窄的尖峰分离饱和冈恩-彼得森槽。在这种情况下，测量大的$\sim 50$ Mpc $/h$区域上的平均透射率的传统方法是不太敏感的并且是次优的。此外，Ly $β$跃迁的振子强度小五倍意味着Ly $β$森林在$z\gtrsim6$处相当透明，即使在存在前景$z\sim 5$ Ly $α$森林吸收的污染的情况下。在这项工作中，我们提出了一种新的统计方法来分析联合分布的传输尖峰在同空间$z\sim 6$ Ly $α$和Ly $β$森林。我们的方法依赖于近似贝叶斯计算（ABC），这避免了计算描述高度相关的Ly $α$和Ly $β$传输的棘手的似然函数的必要性。我们应用ABC模拟数据产生的大体积流体动力学模拟结合一个国家的最先进的模型的电离背景波动后再电离IGM，并表明，它是敏感的IGM中性氢馏分比以前的技术。作为一个概念的证明，我们应用这种方法来一个真正的$z=6.54$类星体的光谱和测量电离背景从$5.4\leq z \leq 6.4$沿这条视线与$\sim0.2$ dex统计不确定性。
2017-03-29 astro-ph.CO
The Effects of Lyman-Limit Systems on the Evolution and Observability of the Epoch of Reionization
我们提出了第一个大规模的，完整的辐射转移模拟的星系际介质中的莱曼极限系统（LLS）的存在下的再电离。为了说明LLS不透明度的影响（可能被之前的模拟遗漏），我们添加了均匀或空间变化的无氢束缚不透明度。这种不透明度，作为电离光子的平均自由程（mfp），将观察到的再电离后红移依赖性外推到再电离的时期。在定性协议与以前的研究中，我们发现，在晚些时候的LLS的存在减慢电离前沿，并改变了H II区域的大小分布。我们定量表征的大小分布和形态演变的H II地区和研究的LLS的红移21厘米信号的补丁再电离的影响。LLS的存在使电离历史延长了$Δz \sim 0.8$。LLS吸收体显著阻碍H II区的后期生长。位置相关的LLS分布进一步减慢再电离，并且另外限制了电离区域的后期生长。然而，不存在H II区域的“冻结”，并且最大区域增长到模拟体积的大小。21厘米的功率谱表明，在大尺度上的功率下降了2倍的50%和75%的电离阶段（在$k = 0.1$ $\text{h} \, \text{Mpc}^{-1} $），反映了限制作用的LLS的增长电离补丁。统计观测量，如RMS的亮度温度波动和21厘米的功率谱在大尺度（$k = 0.05 - 0.1$ $\text{h} \, \text{Mpc}^{-1} $）的峰值幅度减少的LLS的存在。
2016-02-02 astro-ph.CO
Faint Resonantly Scattered Lyman Alpha Emission from the Absorption Troughs of Damped Lyman Alpha Systems at z ~ 3
我们证明了Rahmani等人（2010）提出的堆叠阻尼莱曼α吸收系统（DLAS）的大样本的吸收槽中的莱曼α发射与最近检测到的z ~ 3处的微弱莱曼α发射体的光谱轮廓和亮度一致。这一结果支持的建议，微弱的发光体是确定与宿主星系的DLAS在这些红移。
2010-11-17 astro-ph.CO
Possible evidence for a large-scale enhancement in the Lyman-$α$ forest power spectrum at redshift $\mathbf{\textit{z}\geq 4}$
非均匀再电离在大尺度上增强了$z\geq4$红移处的一维Lyman-$α$森林功率谱.这是由于电离氢部分的相干波动引起的大规模的变化后再电离气体温度，随着气体冷却而消退。因此，有可能利用这些残余涨落来约束波数为$\log_{10}(k/{\rm km^{-1}\,s})\lesssim -1.5$的功率谱的非均匀再电离。我们使用Sherwood-Relics混合辐射流体动力学模拟套件对$4.0\leq z \leq 4.6$的新Lyman- $α$森林功率谱测量进行了首次分析。这些数据延伸到波数$\log_{10}(k/{\rm km^{-1}\,s})\simeq -3$，相对不确定度为$10$ -每个波数箱中的$20$ %。我们的分析返回一个$2.7σ$偏好的增强莱曼- $α$森林功率谱在大尺度上，超过预期的空间均匀的紫外线背景。这种大规模的增强可能是一个签名的不均匀再电离，虽然这些数据的统计精度还不足以获得一个强大的检测遗物后再电离波动。我们表明，未来的功率谱测量的相对不确定性为$\lesssim 2.5$ %，应提供明确的证据，在大尺度上的功率谱增强。
2023-03-09 astro-ph.CO
New Results from the Magellan IMACS Spectroscopic Lyman Alpha Survey: NICMOS Observations of Lyman Alpha emitters at z=5.7
我们提供了马丁等人（2008）在盲多狭缝光谱调查中发现的三个z=5.7莱曼α发射体的NICMOS J110（静止框架1200-2100 A）观测结果。这些图像证实了以前只能在光谱观测中看到的两个源的存在。在我们的J110观测中未探测到的第三个源在宇宙起源巡天（COSMOS）的窄带成像中被探测到，因此我们的未探测意味着静止帧等效宽度>146埃（3西格玛）。这两个J110探测到的源有30-40埃的更适度的静止框架等效宽度，但所有三个都是典型的高红移LAEs。此外，J110探测到的源的UV光度在L*_{UV}的两倍之内，并且大小看起来紧凑（r_{hl} ~ 0.“15）在我们的NIC 2图像中-与红移5.7一致。我们使用这些紫外连续谱和莱曼阿尔法测量来估计这些星系的i-z颜色，并表明至少有一个，可能是所有三个将错过的i-dropout LBG选择。这些观测有助于证明多缝窄带光谱学作为寻找微弱发射线星系的技术的实用性。
2010-06-15 astro-ph.CO
Large Lyman-alpha opacity fluctuations and low CMB tau in models of late reionization with large islands of neutral hydrogen extending to z<5.5
高红移类星体光谱显示星系际介质的Ly-alpha不透明度在z>~5.5的大尺度上有很大的空间起伏。我们提出了一个由星系驱动的宇宙再电离的辐射转移模拟，再现了这种大的散射和快速演变的Ly-alpha不透明度分布在5<z <6. The simulation also reproduces the low Thomson scattering optical depth reported by the latest CMB measurement and is consistent with the observed short near-zones and strong red damping wings in the highest-redshift QSOs. It also matches the rapid disappearance of observed Ly-alpha emission by galaxies at z>~6。在我们的模型中，再电离在z=5.3时完成，宇宙体积的50%在z=7时电离。在这样一个晚期再电离模型中，与Ly-alpha森林数据的一致性需要星系电离发射率的快速演变，其峰值在z~6.8。再电离的后期导致光电离率和中性氢分数在红移低至z<~5.5处的大散射，并具有大的残余中性“岛”，其可以产生非常长的冈恩-彼得森槽，类似于数据中所看到的…
2019-02-18 astro-ph.CO
Inhomogeneous HeII reionization in Hydrodynamic Simulations
氦的第二电子的再电离在红移2 < z < 5之间塑造了星系际气体的物理状态。由于在流体动力学模拟中进行完全原位辐射转移对于大体积来说计算昂贵，因此HeII再电离的物理学通常近似于不捕获再电离的斑块的均匀UV背景模型。我们已经设计了一个模型，实现了HeII再电离的影响，使用半解析计算的星系际气体的热状态-一种绕过完整的辐射转移模拟，同时仍然实现物理的HeII再电离，影响观测，如莱曼阿尔法森林。在这里，我们提出了一个公开的代码，灵活的模型非均匀HeII再电离在模拟中可以忽略不计的计算成本。由于HeII再电离的许多参数是不确定的，我们的模型是可定制的一组自由参数。我们在MP-Gadget中显示了此代码的结果，其中实现了此模型。我们证明了星系际气体的温度演化和温度-密度关系-与最近的测量和以前的辐射转移模拟一致。我们表明，HeII再电离的影响引起微妙的签名在一维统计的莱曼α森林在百分之几的水平，与以前的研究结果一致。这些模拟的灵活性是理想的研究HeII再电离和未来的观测HeII莱曼α森林。
2020-06-19 astro-ph.CO
Predicting the Merger Fraction of Lyman alpha Emitters from Redshift z~3 to z~7
快速的质量组装，可能来自合并或平滑吸积，已经被预测在高红移莱曼α（Lya）发射体的恒星形成中起着至关重要的作用。在这里，我们预测的主要合并，次要合并，并顺利吸积的Lya发射体分数从z~3到z~7使用大暗物质模拟，和一个简单的物理模型，是成功地再现许多观察在这个大的红移范围。这个模型的核心原则，不同于许多早期的模型，是在Lya发射体的恒星形成是成正比的质量吸积率，而不是总的晕质量。我们发现，在z~3，近35%的Lya发射器通过主要的（3：1）合并，并增加到约50%，在z~7。这意味着大部分高红移Lya发射体的恒星形成是由合并驱动的。虽然模型预测和观测到的合并分数之间存在差异，但其中一些差异（约15%）可以归因于模拟中用于定义合并的质量比。我们预测，未来，更深入的观察，使用3：1的定义，主要合并将发现>30%的主要合并部分的Lya发射器在红移>3。
2011-10-21 astro-ph.CO
Constraining cosmic reionization with quasar, gamma ray burst, and Lya emitter observations
我们调查宇宙再电离的历史比较半解析模型的Lya森林与观测的高Z类星体和伽马射线暴吸收光谱。为了限制再电离时期z_rei，我们考虑了两种物理激励的情况，其中再电离提前结束（ERM，z_rei>= 7）或延迟结束（LRM，z_rei~6）。我们分析了17个类星体5.7<z<6.4的光谱样本和伽马射线暴050904在z=6.3的光谱样本中的透射通量，研究了观测到的吸收光谱中的宽暗区（间隙）。通过将这些光谱特征的统计数据与我们的模型进行比较，我们得出结论，目前的观测数据并不需要IGM在z~6处的电离状态发生任何突然变化，这确实有利于在这些时期形成一个高度电离的宇宙，正如ERM所预测的那样。此外，我们测试了这个模型的预测，通过Lya发射体的观测，发现ERM提供了一个很好的适合Lya发射星系的红移范围z=5.7-6.5的光度函数的演变。总体结果指向一个扩展的再电离过程，该过程从z>=11开始，在z_rei>=7时完成，与最近的WMAP 5数据一致。
2009-12-14 astro-ph.CO
Lyman-alpha emitters as tracers of the transitioning Universe
在探测高红移星系的众多方法中，选择具有红移Ly-alpha发射的天体是最成功的方法之一。但是什么类型的星系是这样被选中的呢？直到最近，Ly-alpha发射体被认为是小型恒星形成星系，可能是较大星系的组成部分。但是随着在较低红移处对Ly-alpha发射体的观测数量的增加，一幅新的图景出现了。Ly-alpha发射体在其性质上显示出从较高红移到较低红移的强烈演化。先前已经表明，Ly-alpha发射体中的超亮红外星系（ULIRGs）的比例在红移3和2之间急剧增加。在这里，LAEs之间的活动星系核的分数示出遵循类似的演化路径。我们认为，Ly-alpha发射器是不是一个均匀的类的对象，并与这种方法选择的对象反映了一般的恒星形成和活跃的星系人口在红移。因此，Ly-alpha发射体应该是未来模拟和建模中星系演化的优秀示踪剂。
2011-01-17 astro-ph.CO
A possible signature of primordial stellar populations in $z=3$ Lyman $α$ emitters
斯巴鲁望远镜的观测已经从位于$z=3.1$的一些莱曼$α$发射体（LAEs）中探测到了令人惊讶的强莱曼连续谱（LyC; $\sim900$在静止坐标系中的散射）。我们已经研究了恒星的人口，同时占的强度的LyC和非电离紫外线的LAEs的光谱斜率。结果发现，金属丰度为$Z\geq1/50 Z_\odot$的恒星星族只能用头重脚轻的初始质量函数（IMF; $< m > \sim 50 M_\odot$）来解释观测到的LyC强度。然而，这样的IMF的临界金属丰度预计要低得多。一个非常年轻的（$\sim1$ Myr）和大质量的（$\sim100$ $M_\odot$）极贫金属（$Z\leq5\times10^{-4}Z_\odot$）或无金属（所谓的星族III）恒星群体也可以重现观测到的LyC强度，如果这种“原始”恒星群体的质量分数是LAE总恒星质量的$\sim1$ %。
2012-06-20 astro-ph.CO
The cool side of Lyman Alpha Emitters
我们扩展了以前的研究莱曼阿尔法发射体（LAEs）的基础上流体动力学宇宙学模拟，包括两个物理过程LAEs的重要：（a）莱曼阿尔法和连续发光冷却碰撞激发HI在星系中产生的，（b）尘埃的形成和演变，我们遵循这些过程的星系星系的基础上。HI冷却平均贡献了恒星产生的莱曼α辐射的16-18%，但这个值在低质量LAE中可能要高得多，如果HI是cluerous，这个值会进一步增加。连续光谱的光度几乎完全由恒星源控制。星系的尘埃含量与恒星质量成正比，M_{dust}与M_*^0.7和恒星金属丰度Z_* 成正比，使得M_{dust}与Z_*^1.7成正比。结果表明，大质量星系的Lyman α逃逸分数低至f α =0.1，LAE平均值随红移的增加而减小，在z =（5.7，6.6）时为（0.33，0.23）。紫外连续谱逃逸分数与红移呈现相反的趋势，可能是由于团簇演化的结果。该模型成功地再现了观测到的莱曼阿尔法和紫外光度函数在不同的红移和莱曼阿尔法等效宽度散射在很大程度上，虽然观察到的分布似乎比预测的更广泛。我们讨论这种紧张局势的可能原因。
2009-11-06 astro-ph.CO
Lyman-$α$ Emitting Galaxies (LAEs) at Cosmic Dawn: Implications and Predictions
Lyman- $α$发射星系（LAEs）的发现对再电离历史提出了严格的限制。在本文中，我们推导了在前一篇文章中所示的仅有的两种再电离方案中预测的非常高的$z$ LAEs的性质，以与15个独立的全球演变的现有数据相一致。（或平均）关于发光物体和星系际介质的宇宙性质以及电离氢到CMB光子的电子散射的光学深度：一个具有单调行为，如通常所考虑的，其由$z=6$完成，另一个具有非单调行为，在$z=6$和$z=10$处具有两个完全电离事件。我们发现，在这两种情况下，非常高的$z$ LAEs的Ly $α$光度函数是非常不同的。因此，将这些预测与詹姆斯韦伯太空望远镜等新仪器即将提供的观测结果进行比较，应该可以揭示正确的再电离场景。与此同时，我们可以比较预测的红移分布和紫外（或莱曼- $α$）光度非常高的$z$ LAEs的那些已经在$z>7.5$观测到的少数对象。通过这样做，我们发现，这样的数据是在紧张的单再电离方案，而他们是完全兼容的双再电离方案。
2022-09-06 astro-ph.CO
Studying the Lyman-$α$ optical depth fluctuations at $z \sim 5.5$ using fast semi-numerical methods
本文提出了一种计算效率高、速度快的半数值方法，用于模拟在红移$5 \lesssim z \lesssim 6$处再电离后留下的中性氢"岛"存在下的Lyman-$α$（Ly $α$）吸收光学深度。分析的主要输入是（一）半数值光子守恒模型的电离区在再电离（命名为CNOT）随着处方模拟阴影的中性岛和（ii）波动冈恩-彼得森近似模型的Ly $α$吸收。然后，我们的模型被用来模拟的有效光学深度的大尺度波动，沿视线向高$-z$类星体。我们的模型由五个参数完全描述。通过将其中两个设置为默认值并改变其他三个，我们获得了数据允许的$5 \lesssim z \lesssim 6$再电离历史的约束。我们确认，在$\gtrsim 2σ$置信度下，在$z \sim 5.6$之前，再电离是\emph{not}完成的，确切的置信限取决于如何处理数据中未检测到通量。我们还证实，再电离的完成可以迟至$z \sim 5.2$。随着模型的进一步改进和在$z \sim 6$更多的视线，我们可以利用我们的分析的计算效率，以获得更严格的约束的电离分数在尾端的再电离。
2020-12-17 astro-ph.CO
Implications of the $z>5$ Lyman-$α$ forest for the 21-cm power spectrum from the epoch of reionization
在过去的几年里，由于发现了具有$z>6$的类星体，我们对红移为$z=5$ - $6$的星系际介质的理解有了相当大的提高，这使得在这些红移处进行莱曼- $α$森林研究成为可能。由此得到的一个认识是，氢的再电离可能比以前认为的要晚得多，因此在IGM中可能存在大量的冷中性氢“岛”，其红移为$z=5$ - $6$。通过使用IGM的辐射转移模拟，我们考虑了这些中性氢岛的存在对21厘米功率谱信号的影响，以及HERA、SKA、LOFAR和MWA等实验对其的潜在探测。与以前的21厘米信号模型相比，我们发现，由于再电离的后期结束，在我们的模拟中，21厘米功率在$z=5$ - $6$的$k\sim 0.1~h/$ cMpc处继续高达$Δ^2_{21}=10~\mathrm{mK}^2$。这个功率谱的值比文献中考虑的这些红移的传统模型高几个数量级。假设前景减影是乐观的，那么HERA和SKA 1-LOW在$\sim 1000$小时内应该可以检测到21厘米功率谱的如此高的值。由于相对较低的天空温度和可能更丰富的多波长数据，这个红移范围也很有吸引力。
2021-08-18 astro-ph.CO
Diffuse Lyman-alpha Halos around Galaxies at z=2.2-6.6: Implications for Galaxy Formation and Cosmic Reionization
我们提出了弥漫莱曼α晕（LAH）确定在复合斯巴鲁窄带图像的100-3600莱曼α发射器（LAE）在z=2.2，3.1，3.7，5.7，和6.6。首先，我们仔细研究潜在的文物模仿LAH，包括一个大规模的点扩散函数（PSF）的仪器和大气的影响。基于我们的关键测试与非LAE样本的合成图像的窄带幅度和源大小分布是相同的，我们的LAE样本，我们确认，没有文物可以产生一个扩散扩展功能类似于我们的LAH。在这个检验之后，我们测量了根据L（莱曼-α）> 2 x 10^42 erg s^-1的z=2.2-6.6 LAE样本估算的LAH指数分布的标度长度。在z=2.2-5.7处，我们得到了~ 5-10 kpc的标度长度，并且发现在这个红移范围内，标度长度没有超出我们的测量不确定度的演化。结合这一结果和先前已知的紫外连续谱尺寸演变，我们推断LAH与紫外连续谱尺寸的比率在z=2.2-5.7处几乎是恒定的。我们的z=6.6 LAH的标度长度大于5-10 kpc，刚好超出误差线，这暗示LAH的标度长度将从z=5.7增加到6.6。如果这一增加被未来的大型巡天所证实，并且统计和系统误差得到了显著的改善，那么z > 6处的尺度长度变化将是由于宇宙再电离而导致的中性氢散射莱曼α光子比例增加的标志。
2014-05-02 astro-ph.CO
A measurement of the Lyman-beta forest power spectrum and its cross with the Lyman-alpha forest in X-Shooter XQ-100
莱曼α森林是大尺度结构探测器，我们似乎对最高波数进行了建模控制。这使得莱曼-α森林对于限制暗物质的热度和再电离过程的时间具有极大的意义。然而，标准的统计量，莱曼α森林功率谱，是无法强烈约束IGM的温度-密度关系，这种能力进一步限制了如何以及其他高波数敏感参数可以约束。为了打破这些简并，我们测量了莱曼β森林的功率谱及其与同时代莱曼α森林的互相关性，使用VLT/X-Shooter XQ-100 Legacy Survey中z=3.5-4.5的100个类星体的光谱，其动机是莱曼β过渡的较小吸收截面，使其对相对于莱曼α过渡的较高密度敏感。我们的推论，从这个测量的IGM温度密度关系似乎闩锁一致到最近紧低红移莱曼α森林的限制。z=3.4-4.7的趋势，我们发现使用莱曼-α $-$莱曼-β交叉相关表明，随着红移的减少，温度-密度关系的斜率变平。这是预期的趋势，从正在进行的氦II再电离，有足够的时间达到渐近温度密度斜率后，氢再电离完成。此外，我们的测量提供了一个一致性检查IGM模型，解释莱曼-阿尔法森林，与交叉相关免疫系统学是不相关的两个森林之间，如金属线污染。
2021-10-15 astro-ph.CO
The THESAN project: Lyman-alpha intensity mapping of cosmic reionization
Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian（哈佛与史密森尼天体物理中心）；Department of Physics, The University of Texas at Dallas（德克萨斯大学达拉斯分校物理系）；Department of Physics and Astronomy, York University（约克大学物理与天文系）；Kavli IPMU (WPI), UTIAS, The University of Tokyo（东京大学卡弗里宇宙物理起源研究所（WPI）、UTIAS）；Department of Physics and Astronomy, University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学物理与天文系）；Department of Physics and Astronomy, Oberlin College（欧柏林学院物理与天文系）；Department of Physics & Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院物理系及卡弗里天体物理与空间研究所）
THESAN项目利用高分辨率模拟预测未来Lyman-alpha强度成像研究，探讨再电离时期中Lyman-alpha信号的吸收效应及宇宙学意义。
2025-12-05 astro-ph.CO
The End of Helium Reionization at z~2.7 Inferred from Cosmic Variance in HST/COS HeII Lyman Alpha Absorption Spectra
本文报道了在两个z~3类星体的HST/COS光谱中探测到的强烈变化的星系际HeII吸收。从我们对这些和三个档案视线中的HeII吸收的均匀分析中，我们发现平均HeII有效光学深度从z~2.3处的τ ~1显著增加到z~3.2处的τ>5，但在2.7< z <3处的2<τ <5的大散射在~10 Mpc的尺度上。这种分散主要是由于HeII部分和HeII电离背景的波动，而不是密度变化，探测的同时代HI森林。HeII吸收的半解析模型需要HeII电离背景的强烈降低来解释在z>2.7时吸收的强烈增加，这可能表明HeII再电离在z>2.7时是不完全的。同样，最近的三维数值模拟的HeII再电离定性地同意观察到的趋势，只有当HeII再电离完成在z=2.7或甚至更低，如我们的五个视线中的两个在z<2.8的大tau>3所示。通过在2.7< z <3时将样本大小加倍，我们新发现的HeII视线首次探测了氦完全电离时第二次再电离时期的多样性。
2011-05-11 astro-ph.CO
On Modeling and Measuring the Temperature of the z~5 IGM
在高红移的低密度星系际介质（IGM）的温度是敏感的氢和HeII再电离的时间和性质，并可以从莱曼α森林吸收光谱测量。由于星系际气体在再电离过程中对加热的记忆会逐渐消失，因此需要尽可能接近再电离的测量。此外，在足够高的红移下测量IGM温度应该有助于隔离氢再电离的影响，因为HeII再电离开始较晚，在较低的红移下。受此启发，我们使用斑片状再电离的半数值模型来模拟z>5时的IGM温度。我们构建模拟莱曼α森林光谱从这些模型，并考虑其可观察到的影响。我们发现，在莱曼α森林的小尺度结构是敏感的IGM的温度，即使在红移的森林中的平均吸收高达90%。我们预测的精度在z~5 IGM温度可以测量使用现有的高分辨率类星体光谱的样本，并发现有趣的限制是可能的。例如，一个早期的再电离模型，其中再电离在z~10结束，应该是可区分的-在高统计显著性-从一个较低的红移模型，其中再电离在z~6完成。我们讨论改进我们的建模，可能需要强大的解释未来的测量。
2014-03-25 astro-ph.CO
Diffuse Lyman Alpha Haloes around Lyman Alpha Emitters at z=3: Do Dark Matter Distributions Determine the Lyman Alpha Spatial Extents?
利用2128个Ly-a发射体（LAEs）和24个原星系团UV选择星系（LBG）在z=3.1时的Ly-a图像，我们研究了高z星系周围Ly-a晕的表面亮度分布随环境和UV光度的变化。我们发现，Ly-a径向轮廓的斜率变得平坦的Mpc尺度LAE表面密度的增加，但它们几乎是独立的中心紫外光度。Ly-a晕的特征指数标度长度似乎与LAE表面密度的平方成正比（r（Lya）\propto Sigma（LAE）^[2]）。包括弥散扩展的Ly-a晕在内，密集区LAEs的静止坐标系Ly-a等效宽度接近EW_0（Lya）~ 200 A，这是年轻（< 10^7年）星系的最大值。这表明，通过气体流出的冲击压缩或引力气体流入的冷却辐射形成的Ly-a光子可能部分有助于照亮Ly-a晕;然而，它们的大部分Ly-a光度可以通过电离光子的光电离或在中央星系及其周围的HII区域产生的Ly-a光子的散射来解释。不管Ly-a光子的来源是什么，如果Ly-a晕跟踪整个气体结构的暗物质分布，这是不足为奇的Ly-a的空间范围更强烈地依赖于周围的Mpc尺度的环境比中央星系的活动。
2012-04-22 astro-ph.CO
Constraining Neutrino mass using the large scale HI distribution in the Post-reionization epoch
中性星系际介质在后再电离时代，使我们能够研究宇宙结构的形成，通过观察红移21厘米信号和莱曼α森林。我们研究了通过物质功率谱中功率的抑制来测量中微子总质量的可能性。我们调查的可能性测量中微子质量通过其印记的互相关功率谱的21厘米的信号和莱曼α森林。我们认为，无线电干涉测量的21厘米的信号与SKA 1-中像射电望远镜和BOSS像莱曼α森林调查。Fisher矩阵分析表明，在基准红移z = 2.5时，平均分布在25个射电点上的10，000小时21厘米观测值，以及在1 {deg}^[2]中有30条类星体视线的莱曼-α森林巡天，使我们能够测量3.25%水平的Ω_v。平均分布在25个无线电点上的总共25，000小时的无线电干涉观测和具有\bar n = 60 { \rm deg}^{-2}的莱曼-α测量将允许在2.26%的水平上测量Ω_v。这相当于在（100 \pm 2.26）meV的精度下对\sum m_v和f_v = Ω_v/ Ω_{m}的2.49%水平上的理想测量。
2016-10-28 astro-ph.CO
On the Use of Ly-alpha Emitters as Probes of Reionization
利用数值模拟方法研究了部分再电离星系际介质（IGM）的斑块效应对高红移（z ~ 6）Ly-alpha辐射源（LAEs）可观测性的影响。本文提出了一个新的模型，将Ly-alpha辐射转移分为环星系和河外星系（IGM）两部分，并研究了内禀线模型的选择对IGM传输结果的影响。我们使用我们的模型来研究中性氢对统计观测量的影响，如Ly-alpha restframe等效宽度（REW）分布，LAE光度函数和两点关联函数。我们发现，如果观测到的LAE光度函数和等效宽度分布在z ~ 6和z ~ 7之间的变化仅由IGM中性分数的增加来解释，我们需要一个非常晚和快速的再电离场景，其中宇宙在z = 7时电离了~ 40%，在z = 6.5时电离了~ 50%，在z = 6时电离了~ 100%。这与其他观察结果相冲突，表明在z > 6时的内在LAE演化不能完全忽略。我们展示了如何两点关联函数可以提供更强大的约束，一旦未来的观测获得更大的LAE样本，并提供预测的样本量需要告诉不同的再电离方案分开。
2012-10-18 astro-ph.CO
Keck Spectroscopy of Faint 3<z<7 Lyman Break Galaxies:- II. A High Fraction of Line Emitters at Redshift Six
由于莱曼-α光子被中性氢散射，遥远星系莱曼-α等效宽度分布的红移变化提供了一个有希望的探测星系际介质电离度的方法，因此宇宙再电离何时结束。这个简单的测试是复杂的事实，莱曼α发射也可以受到不断变化的天体物理细节的主机星系。在本系列的第一篇论文中，我们证明了在3 <z <6的范围内，在颜色选择的莱曼破裂星系（LBG）中观察到的莱曼α发射体的比例具有光度和红移依赖的趋势;低光度星系和高红移星系显示出强发射的可能性增加。在这里，我们提出的结果，从更深的12.5小时的曝光与Keck DEIMOS摄谱仪主要集中在z~6的LBG，使我们能够确认红移的依赖性更强大的线发射和更高的红移比迄今为止可能的。我们发现54 +/-11%的微弱z~6 LBG显示出强（W_0> 25 A）发射，比在z~4处观察到的类似样品增加了1.6倍。利用74个z~6长带隙的样品，我们确定了与亮度相关的Lyman-alpha等效宽度分布。假设这些趋势与哈勃WFC3/IR相机定位的z~7源的新种群的连续性，我们预测，除非中性部分在干预的2亿年内上升，否则使用莱曼α发射光谱确认的成功率应该很高。
2010-09-28 astro-ph.CO
Detecting Lyman Alpha Emitters in the Sub-millimeter
使用的结果从以前开发的莱曼阿尔法/连续生产/传输和灰尘富集模型莱曼阿尔法发射器（LAEs），宇宙SPH模拟的基础上，我们评估其灰尘再处理的亚毫米（submm）辐射的可探测性。由于超新星（而不是演化的恒星）控制着尘埃的形成和破坏过程，LAE相对于本地星系来说是相对少尘的：它们的尘气比很低（是银河系尘气比的0.05倍），尽管它们的金属丰度相对较高，大约是太阳值的10-50%。使用导出的逃逸分数的紫外（UV）连续光子，我们计算的紫外光度吸收尘埃和重新发射的远红外。LAE亚毫米级的通量与它们的Lyman α光度相关：在我们模拟的样品中，在z=（5.7，6.6）的LAE（LogL_α> 43.1的那些）中，约有（3%，1%）在850微米（最佳探测波段）处的通量超过0.12 mJy，因此用ALMA在5 σ处仅用1小时的积分时间就可以探测到。这样的探测将为了解这些最遥远星系的物理条件打开一扇新的窗户。
2009-12-07 astro-ph.CO
Intergalactic Lyman-$α$ haloes before reionization are detectable with JWST
本文利用JWST观测到的紫外光度并结合数据驱动方法，预测了再电离时期星系际莱曼-α晕的可探测性，发现单个亮晕可在z≲9被探测，堆叠约10个晕可探测至z∼16，为揭示中性星系际氢提供途径。
2024-10-03 astro-ph.CO astro-ph.GA
Deep LBT/LUCI Spectroscopy of a Lyman-alpha Emitter Candidate at z ~ 7.7
我们使用2 × 8.4米大双筒望远镜（LBT）上的红外光谱仪LUCI对z ~ 7.7的莱曼α发射体（LAE）候选者进行了深光谱观测。在Krug等人2012年的窄带成像调查中发现的四个z ~ 7.7 LAE候选者中，该候选者是最亮的。我们的光谱数据包括与LBT/LUCI总共7.5小时的积分，并且足够深以显著地（3.2-4.9 sigma）检测到该候选者的莱曼α发射线，基于其莱曼α通量1.2 x 10^{-17} erg s^{-1} cm^{-2}从窄带测光估计。然而，我们没有发现任何令人信服的信号在其莱曼α发射线的预期位置，这表明该源不是一个LAE在z ~ 7.7。在这项工作中的非检测，加上以前的研究z ~ 7.7 LAEs，把一个强有力的约束亮端莱曼α光度函数（LF）在z ~ 7.7。我们发现莱曼α LF从z ~ 6.5到7.7的快速演化：在亮端，z ~ 7.7 LF的上限比z ~ 6.5 LF低5倍以上（f > 1.0 x 10^{-17} erg s^{-1} cm^{-2}，或L > 6.9 x 10^{42} erg s^{-1}）。这可能是由于IGM中中性分数的增加导致的，其在z ~ 7.7处显著衰减莱曼-α发射。
2013-05-22 astro-ph.CO
Distinguishing AGN from starbursts as the origin of double peaked Lyman-Alpha Emitters in the reionization era
本文讨论了最近在莱曼α发射体（LAEs）中观测到的活动星系核（AGN）再电离（$z \gtrsim 6.5$）时期双峰轮廓的可能起源。结合这些星系中蓝峰速度偏移估计的$α$近区的范围，以及类星体在$z \gtrsim 6$的电离发射率，我们预测了活动星系核产生双峰轮廓所需的内禀紫外和X射线光度。我们还通过将活动星系核的亮度与这些时期类似类星体样本的亮度进行比较来估计活动星系核的遮蔽程度。未来的X射线和射电观测，以及那些与${James \ Webb \ Space \ Telescope}$，将是有价值的工具，以测试活动星系核的贡献，高红移LAEs的星系间尺度电离区。
2021-01-22 astro-ph.CO astro-ph.GA
