Cosmic reionization after Planck
宇宙再电离是理解宇宙结构形成的关键，可以告诉我们第一个源的性质，如它们的恒星形成效率和电离光子的逃逸分数。通过结合最近发布的普朗克电子散射光学深度数据与高红移类星体吸收光谱的观测，我们得到了强有力的约束可行的再电离历史。我们表明，普朗克数据的列入有利于再电离的情况下，一个单一的恒星人口。平均$x_{\rm HI}$从$z=10.6$处的$\sim0.8$下降到$z=5.8$处的$\sim10^{-4}$，再电离在$5.8\lesssim z\lesssim8.5$（2- $σ$）附近完成，因此表明高红移源对再电离的贡献显著减少。通过将高红移星系光度函数数据纳入分析，我们可以对电离光子的逃逸分数$f_{\rm esc}$施加独立的约束。在红移范围$z=6-9$内发现了$\sim10\%$的非演化$f_{\rm esc}$。
2015-09-16 astro-ph.CO
Extended reionization in models beyond $Λ$CDM with Planck 2018 data
我们提供了普朗克2018年宇宙微波背景各向异性数据对扩展再电离历史的约束的更新。普朗克2018年大角度尺度的数据改进了低多极下$E$模式极化再电离凸起的测量，为改进我们以前的结果提供了可能性。通过对再电离历史的原始Poly-reion模型进行微小修改，我们发现普朗克2018年的数据显着改善了我们之前的所有结果：我们发现$τ=0.0572_{-0.0075}^{+0.0064}$在68%CL时的光学深度强烈不利于再电离的早期开始，即当再电离开始时红移，$z_{xe=0}=18.18_{-10.89}^{+1.61}$在68%CL时，再电离持续时间（定义为10%-99%再电离）显著减少，即$Δ_z^{Reion}=4.59_{-2.45}^{+1.67}$为68% CL。我们探讨了再电离历史和宇宙学参数之间可能的相关性，包括$Λ$ CDM之外的重要扩展。我们发现，再电离与标量谱指数、中微子质量和、空间曲率、暗物质湮灭等非标准模型之间的简并度显著降低，误差条的降低和简并度的降低，以及我们在Poly-reion模型中观察到的光学深度向低值的转变，主要是由新的低-基于HFI数据的普朗克2018年基线的$\ell$极化可能性。这一点也得到了在没有这种可能性的情况下得出的结果以及为一个模型子集提供的基线替代品不同的结果的证实。
2020-05-25 astro-ph.CO
Constraints on Patchy Reionization from Planck CMB Temperature Trispectrum
通过测量普朗克2015年宇宙微波背景（CMB）温度各向异性的三谱，我们提出了对补丁再电离的约束。斑片状再电离导致CMB光学厚度的各向异性，并且改变了所观察到的CMB各向异性的统计。我们估计的三谱的CMB温度各向异性约束的光学深度的空间变化。我们表明，测量的三光谱是一致的，从标准的透镜CMB模拟在$2σ$。虽然在普朗克2015温度三谱中没有发现斑片状再电离的证据，但对斑片状再电离的CMB约束比以前的工作有了显着改善。假设Wang和Hu（2006）的解析气泡晕模型，在这项工作中获得的约束排除了在$\sim0.5$的电离分数为$R\gtrsim 10$ Mpc的典型气泡尺寸。此外，我们的约束意味着，如果Dvorkin等人（2009）描述了由斑片再电离引起的$B$模，则来自斑片再电离的大尺度$B$模在探测$r\gtrsim0.001$的原始引力波时不是一个显著的污染。CMB三谱数据开始对斑片状再电离提供有意义的约束。
2018-03-01 astro-ph.CO
Joining bits and pieces of reionization history
普朗克的宇宙微波背景温度和偏振各向异性估计了比WMAP更低的再电离光学深度（$τ$）。再电离历史中的一个重要时期将落在$6<z< 10$内，在那里，哈勃前沿场计划对星系的探测和莱曼- $α$观测对星系间介质中中性氢的独立估计也是可用的。这种重叠允许宇宙再电离的分析，利用CMB和这些天体物理测量的直接组合，并可能打破描述再电离物理参数的简并。这是我们第一次通过假设光电离和复合速率是自由形式的，并通过允许基础宇宙学参数随普朗克2018年发布的CMB（温度和偏振各向异性和透镜）数据以及天体物理数据汇编而变化来重建再电离历史。我们发现低$\ell$普朗克2018 HFI偏振可能性和天体物理数据在确定综合光学深度方面非常一致。通过结合这两个数据，我们报告了一个最小的重建$τ=0.051^{+0.001+0.002}_{-0.0012-0.002}$在68\%和95\% CL，这是在目前的天体物理测量中引用的文献中的错误，是近两倍优于预计的宇宙方差限制CMB测量。对于再电离、红移间隔在10%和完全电离之间的时间段，我们得到了68%和95% CL的$2.9^{+0.12+0.29}_{-0.16-0.26}$，这比用Planck 2015数据得到的相应结果有明显的改进。通过对组合结果进行贝叶斯分析，我们没有发现单调再电离历史之外的证据，因此与最小替代方案相比，多阶段再电离方案是不受欢迎的。
2020-03-05 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Reionization Parameter Space Consistent with the Thomson Optical Depth from Planck
我们研究的再电离参数空间符合当前测量的汤姆逊光学深度使用一个新的参数化的再电离的历史。质量加权电离分数指定的红移中点，持续时间和不对称形状参数。我们使用保守的平坦先验和物理约束进行MCMC分析。我们的分析产生了红移的中点$z_{50}=7.66\substack{+0.57-0.61}\text{(68%)}\substack{+1.26-1.02}\text{(95%)}$，和上限的持续时间$Δ_\text{z} < 7.5$和不对称$A_\text{z}<5.3$为$τ= 0.054 \pm 0.007$。重建的质量加权电离分数$x_\text{i}(z)$是不对称的，但早期的再电离的贡献很小。
2018-08-09 astro-ph.CO
Reionization optical depth determination from Planck HFI data with ten percent accuracy
本文利用普朗克卫星的高频仪（HFI）数据，对再电离光学深度$τ$进行了改进分析。通过使用HFI地图制作代码的改进版本，我们大大减少了影响数据的残留大规模污染，这些污染在普朗克2018遗留版本中进行了表征，但尚未完全删除。这带来了偶极失真系统效应，污染了非常低的多极，低于噪声水平。在大尺度极化数据上，我们在$68\%$ C.L.测量$τ=0.0566_{-0.0062}^{+0.0053}$，通过$\sim40\%$减少普朗克2018遗留版本的不确定性。在$Λ$ CDM模型中，结合普朗克大尺度温度似然性，以及高$\ell$温度和极化似然性，我们测量了$68\%$ C. L.的$τ=0.059\pm0.006$。其对应于在$68\%$ C. L.处的$z_{\rm re}=8.14\pm0.61$的中点再电离红移。这种估计的再电离光学深度与$10\%$的准确性是最强的约束。
2020-05-26 astro-ph.CO
Principal component analysis of the reionization history from Planck 2015 data
宇宙瞬时再电离的简单假设可能会使宇宙学参数的估计产生偏差。在本文中，再电离历史的模型无关的主成分方法被应用到最近的普朗克2015年数据的宇宙学参数的约束。我们发现宇宙在红移$z \ge 8.5$为95% CL时没有完全重电离。再电离光学深度和物质涨落幅度均高于标准瞬时再电离方案，但与标准瞬时再电离方案一致。物质涨落幅度的高估计值加强了普朗克CMB观测与一些天体物理数据之间的紧张关系，如星系团计数和弱透镜。如果允许中微子质量变化，这种张力就可以得到明显的缓解。由于高的标量谱指数，低尺度自发破缺的SUSY暴胀模型可以很好地拟合数据，这在普朗克分析中在95%CL下是不受欢迎的。
2015-09-04 astro-ph.CO hep-ph
Inflationary vs. Reionization Features from Planck 2015 Data
暴胀和再电离过程中的特征在温度和偏振功率谱中留下了相应的特征，这些特征可能解释普朗克2015年数据中的异常，但需要联合分析才能解开。我们研究了这两种效应之间的相互作用，使用模型独立的参数化的通货膨胀的功率谱和电离的历史。大尺度功率的急剧抑制的偏好是由在多极$\ell \sim 20$的温度功率谱中的特征驱动的，而高红移电离的分量的偏好是由与最低多极相比时在$\ell \sim 10$的偏振功率的急剧过剩驱动的。边缘化暴胀自由度并不会削弱对$z \gtrsim 10$电离的偏好，而边缘化再电离自由度会略微增强对暴胀特征的偏好，但也会掩盖其极化的直接特征。这些功能的膨胀和再电离的解释，使预测的偏振光谱，可以在未来的精密测量，特别是在$10\lesssim \ell \lesssim 40$进行测试。
2018-07-09 astro-ph.CO
Reionization after Planck: The Derived Growth of the Cosmic Ionizing Emissivity now matches the Growth of the Galaxy UV Luminosity Density
普朗克的汤姆逊光学深度τ测量为宇宙的再电离提供了新的见解。为了追求对电离源性质的模型独立约束，我们确定了宇宙电离发射率的经验演化。我们利用一个简单的双参数模型，根据新的普朗克光学深度τ的测量结果、类星体吸收谱的约束条件和z~7-8星系中Ly-alpha发射的普遍性，绘制了z> 6时发射率的演化图。我们发现观测所要求的发射率点{N}_{ion}（z）的红移演化为d（log Nion）/dz=-0.15（-0.11）（+0.08），这在很大程度上与假定的聚团因子C_{HII}无关，并且完全与电离源的性质无关。点{N}_{ion}（z）的变化趋势与星系紫外光密度（dlog_{10} rho_UV/dz=-0.11+/-0.04）的变化趋势很好地匹配，达到了>~-13等的星等极限，这表明星系是驱动宇宙再电离的源。星系的作用被进一步加强的转换从UV光度密度rho_UV到dot（N）_{ion}（z）是可能的逃逸分数f_{esc}，莱曼连续体光子产生效率xi_{ion}和暗端截止$M_{lim}$的光度函数的物理上合理的值。类星体/活动星系核似乎既不符合红移演化，也不符合电离发射率的归一化。基于电离发射率的推断演化，我们估计z~10的紫外光度密度比$z~6低8（-4）（+15）倍，与观测结果一致。目前的方法对比推断的电离发射率的演变与星系紫外线光度密度增加了越来越多的观测证据，微弱的，恒星形成…
2015-09-05 astro-ph.CO astro-ph.GA
Tangled $τ$: Planck CMB Constraints on Flash Reionization
University of Winnipeg（温尼伯大学）；University of Manitoba（曼尼托巴大学）；The University of Tokyo（东京大学）
本研究首次用MCMC分析闪光再电离模型拟合普朗克CMB数据，发现约束与峰值电离分数紧密相关，且总光学深度无显著变化，PR3数据仅给出上限。
2026-10-30 astro-ph.CO
Cosmic Reionization Study : Principle Component Analysis After Planck
再电离历史的研究对于理解宇宙的演化有着重要的作用。一般认为，我们宇宙中的星系际介质（IGM）今天是完全电离的，但再电离过程仍然是神秘的。现代宇宙学通常采用简单的瞬时再电离过程，没有直接的观测证据。然而，电离分数的历史，$x_e(z)$将影响宇宙微波背景（CMB）观测和光学厚度$τ$的约束。利用基于特征再电离模型的模拟未来数据集，我们发现瞬时模型引入的对$τ$的偏差是不可忽略的。本文用主成分分析（PCA）方法研究了宇宙再电离的历史，并结合银河巡天和Ia型超新星（SN）Union 2.1样品的重子声学振荡（BAO），利用Planck、WMAP 9年温度谱和偏振功率谱数据，重建了不同红移$z$下的$x_e (z)$。结果表明，重建的$x_e(z)$与瞬时行为一致，但在某些时刻与瞬时行为略有偏差。通过PCA方法，在抛弃噪声模式后，我们得到了更强的约束，并且特征$x_e(z)$演化的提示可以变得更明显。
2015-12-23 astro-ph.CO
Searching for patchy reionization from cosmic microwave background with hybrid quadratic estimators
我们提出了一个混合二次估计来测量引力透镜的宇宙微波背景（CMB）和微分屏蔽效应所产生的电子柱密度的波动，如可能产生的补丁再电离之间的交叉相关性。的混合二次估计验证模拟数据集与普朗克和CMB-第4阶段（CMB-S4）仪器属性，并发现能够恢复互功率谱几乎没有偏见。我们将这种技术应用于普朗克2015年的温度数据，并获得了引力透镜和差分屏蔽效应之间的互功率谱。仅凭普朗克数据无法检测到斑块再电离诱导的交叉功率谱，但未来的实验，如CMB-S4，将能够稳健地测量预期的信号，并提供关于再电离的新见解。
2018-08-05 astro-ph.CO
Cosmic reionization after Planck II: contribution from quasars
根据最近普朗克对电子散射光学深度的向下修正，以及在$z > 4$发现的微弱活动星系核，我们重新评估了类星体对宇宙再电离的实际贡献。为此，我们扩展了以前基于MCMC的数据约束半解析再电离模型，研究了类星体在全球再电离历史中的作用。我们发现，类星体只有在高红移下具有非常高的活动星系核发射率的模型才能单独反射宇宙。这些模型仍然允许最近的CMB数据和大多数有关HI再电离的观察。然而，他们预测了一个扩展的和早期的HeII再电离结束在$z\gtrsim4$和一个更慢的演变，在平均HeII Ly- $α$森林不透明度比实际观测表明。因此，当我们进一步限制我们的模型对地狱Ly-$α$森林数据，这种活动星系核主导的情况下，被发现在2- $σ$限制明确排除。这些数据似乎有利于一个标准的两个组成部分的图片，类星体的贡献变得可以忽略不计，在$z\gtrsim6$和非零逃逸分数的$\sim10\%$需要从早期星系。对于这些模型，平均中性氢分数从$z=10.0$时的$\sim0.8$降低到$z=6.2$时的$\sim10^{-4}$，氦在更晚的时间$z\sim3$变为双电离。我们发现，这些模型是以及在很好的协议与所观察到的IGM的热演化，而不是具有非常高的活动星系核发射率的模型。
2017-09-23 astro-ph.CO
Does Planck 2015 polarization favor high redshift reionization?
我们研究了大角度CMB偏振功率谱中的高红移电离特征与普朗克2015数据中特征之间的关系。使用一个主成分（PC）电离的基础，是完整的宇宙方差限制出$z_{\rm max}=30,40,50$，我们发现一个强大的$>95\%$ CL偏好电离在$z>15$没有偏好$z>40$。这种稳健性源于数据的$\ell \sim 10$区域，该区域显示出相对于$\ell \le 8$的高功效，并导致与再电离的阶梯状模型的拟合较差。相反，通过允许高红移再电离，PC通过$2Δ\mathrm{ln}\mathcal{L} = 5-6$提供了更好的拟合。由于电离红移响应的简并性，这种改进的拟合是由于模型的一个方面：如我们用两步再电离模型说明的那样，将$z>10$组分适应电离的能力。对于这个模型和其他包含这样一个成分的模型，它的存在是允许的，甚至是有利的;对于不包含这样一个成分的模型，它们的不佳拟合反映了统计或系统性波动。这些可能性在$\ell \sim 15-20$产生了非常不同的和可检验的预测，以及在$\ell>30$产生了小但可检测的差异，这可以进一步限制再电离的高红移极限。
2018-06-11 astro-ph.CO
Reionization history and CMB parameter estimation
我们研究如何在宇宙的再电离历史的不确定性影响其他宇宙学参数的估计从宇宙微波背景。我们分析WMAP7数据和合成普朗克质量的数据产生的一个现实的情况下，从高分辨率数值模拟获得的宇宙再电离历史。我们进行参数估计，使用一个简单的突然再电离近似，并使用Mortonson和胡提出的主成分分析（PCA）技术。我们得出两个主要结论：（1）采用简单的突然再电离模型不会将可测量的偏差引入到其他参数的值中，这表明为了从未来的CMB数据集（如普朗克）估计参数，不需要再电离的详细建模。(2)PCA分析不允许在现实情况下准确重建宇宙的实际再电离历史。
2012-11-29 astro-ph.CO
Constraining Planck scale physics with CMB and Reionization Optical Depth
我们提出了一个双向的相互作用的原理证明在非常早期的宇宙和后期的观测物理。我们发现的原始机制之间的关系，负责大规模的功率抑制的原始功率谱和再电离光学深度$τ$的值。这些机制可影响$τ$的估计。我们表明，使用未来的测量$τ$，人们可以获得前暴胀动力学的约束，提供了一个新的窗口非常早期的宇宙物理。此外，新的重新估计的$τ$可以潜在地解决$τ$的高和低$\ell$测量之间的适度差异，因此为功率抑制异常及其原始起源提供经验支持。
2017-10-02 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Reionization process dependence of the ratio of CMB polarization power spectra at low-$\ell$
研究了低$\ell$（$\ell \lesssim 10$）时宇宙微波背景（CMB）偏振功率谱$C^{BB}_\ell/C^{EE}_\ell$的比值对再电离过程的依赖程度.这种低$\ell$ B模和E模偏振功率主要由CMB光子从再电离过程中产生的自由电子的汤姆逊散射产生。由于再电离至少要在后期产生$z \simeq 6$和低偏振功率时才能完成，因此在高红移处，该比值对电离过程相当不敏感，但对光学深度值很敏感，而在$\ell=2$处，该比值对包括光学深度值在内的再电离过程几乎不敏感，并且该值大约是张量标量比的值的一半。这一事实可以用于未来的张量标量比的确定，尽管由于宇宙方差的模糊性。
2022-02-17 astro-ph.CO
B-mode CMB Polarization from Patchy Screening during Reionization
在CMB极化补丁再电离产生的B-模式从两个影响：产生的极化从散射的四极矩再电离气泡，和波动的筛选E-模式的重组。以前已经研究了散射的贡献，但尚未计算出屏蔽的贡献。我们表明，在小于声学尺度（l>300）的尺度上，来自屏蔽的B模功率大于来自散射的B模功率。在阻尼标度（l>2000）以下，该比率接近常数~2.5。在与引力波相关的度标度上（l<100），屏蔽B模式具有白噪声尾部，并且对散射效应不占主导地位。这些结果是强大的不确定性，在斑片状再电离的建模。
2009-05-18 astro-ph.CO
First study of reionization in the Planck 2015 normalized closed $Λ$CDM inflation model
我们研究了两个非平坦$Λ$ CDM暴胀模型中的再电离，这些模型最适合普朗克2015年宇宙微波背景各向异性观测，忽略或结合重子声学振荡距离测量。我们实现了主成分分析（PCA）估计的不确定性，在再电离历史的联合类星体CMB数据集。对非平坦$Λ$ CDM膨胀模型以及原始普朗克2016倾斜空间平坦$Λ$ CDM膨胀模型的PCA模式的参数空间进行了彻底的马尔可夫链蒙特卡罗分析。虽然平坦和非平坦模型都能很好地匹配低红移（$z\lesssim6$）观测，但我们注意到高红移（$z\sim8$）Lyman- $α$发射数据和非平坦模型之间可能存在张力。这完全是因为封闭模型比平坦模型具有相对更高的再电离光学深度，这反过来又需要更多的高红移电离源，并有利于早在$z\approx14$开始的扩展再电离。我们的结论是，相对于平坦宇宙学，对于非平坦宇宙学模型（i）逃逸分数需要陡峭的红移演化，甚至在某些红移不切实际的高值和（ii）大多数的物理参数需要有非单调的红移演化，特别是当莱曼- $α$发射数据包括在分析中。
2018-07-10 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Planck intermediate results. XLVII. Planck constraints on reionization history
我们研究了从普朗克宇宙微波背景（CMB）数据中提取的宇宙再电离的约束条件。我们结合普朗克CMB各向异性数据的温度与低多极极化数据，以适应LCDM模型与各种参数化的再电离历史。我们得到的汤姆逊光学深度τ =0.058 +/- 0.012的常用瞬时再电离模型。这证实了，只有CMB各向异性的数据，结合普朗克2015年的结果与其他数据集，也减少了不确定性建议的低值。我们重建的中性和电离相之间的过渡使用对称或非对称模型的电离分数的历史。为了更好地确定再电离过程的持续时间的限制，我们还利用测量的动态Sunyaev-Zeldovich（kSZ）效应的振幅，使用额外的信息，从高分辨率阿塔卡玛宇宙望远镜和南极望远镜实验。再电离发生时的平均红移被发现位于z=7.8和8.8之间，这取决于所采用的再电离模型。使用kSZ约束和红移对称再电离模型，我们发现了Dz < 2.8的再电离周期宽度的上限。在所有的情况下，我们发现宇宙在红移大于z~10时的电离率小于10%。这表明，普朗克数据强烈反对再电离的早期开始。我们表明，这一结果也减少了基于CMB的分析和其他天体物理学来源的约束之间的紧张关系。
2016-09-05 astro-ph.CO
Cosmic Reionization May Still Have Started Early and Ended Late: Confronting Early Onset with CMB Anisotropy and 21 cm Global Signals
再电离的全球历史是由三个晕质量群释放的星光的相对数量决定的：维里温度Tvir > 10^4 K的原子冷却晕（ACH），或者（1）质量足以在再电离后形成恒星（类地星云，>~ 10^9 Msun）或（2）质量较小的类地星云（类地星云），当被再电离超越时，会受到恒星形成的抑制，（3）Tvir < 10^4 K的H2冷却微晕（MH），其恒星形成主要受到H2解离的莱曼-沃纳（LW）背景的抑制。我们以前的工作表明，包括MHs引起两个阶段的再电离-早期上升到x ~ 0.1，由MHs驱动，然后快速上升，后期，到x ~ 1，由ACH驱动-与CMB偏振各向异性的签名预测是可检测的普朗克卫星。受此预测的启发，我们半解析地模拟了全球再电离，以与普朗克CMB数据和EDGES全球21 cm吸收特征进行比较，模型具有：（1）ACH，无反馈;（2）ACH，自我调节;（3）ACH和MH，自我调节。模型（3）与普朗克E模偏振数据吻合得很好，即使有大量的高红移电离尾部，超出了普朗克合作组织（2018）提出的限制。没有模型可再现EDGES特征。对于模型（3），|dTb| <~ 60 mK穿过边缘谷，一个数量级太浅，吸收开始于更高的z，但在光谱上没有特征。MHS中第三星族星的早期再电离与当前的限制是兼容的，但只有当EDGES解释被打折或其他过程，我们没有包括它。
2021-04-09 astro-ph.CO
Is patchy reionization an obstacle in detecting the primordial gravitational wave signal?
大尺度CMB B模偏振是对低频原初引力波信号的直接探测。然而，对该信号的明确测量需要对可能的污染进行精确的了解。一种这样的潜在污染来自于再电离时期期间自由电子空间分布的斑块。我们采用\emph{photon-conserving}半数值模拟和解析计算相结合的方法估计了由斑片再电离引起的B模功率谱，并与原始B模信号的幅度进行了比较。对于再电离的历史，这是在协议的几个最新的观测，我们发现，一个更强的二次B模式偏振信号时，产生的再电离是由大质量晕的源驱动，其幅度可以媲美重组凸块张量标量比$(r) \lesssim 5 \times 10^{-4}$。如果在B模式偏振数据的分析中忽略了斑片状再电离的污染，那么对于在此分析中考虑的再电离模型，当使用$\ell \in [50, 200]$之间的空间模式时，我们发现$r=\,10^{-3}$值中的最大偏差约为$30\%$，去透镜效率为$50\%$。对于即将进行的地面CMB实验西蒙斯天文台来说，从斑片状再电离中推断出的偏差并不是一个严重的问题，但对于旨在检测$r< 10^{-3}$值的CMB实验来说，这可能是一个潜在的混乱来源。然而，这个障碍可以通过利用功率谱的形状与原始信号的差异来消除。
2019-05-02 astro-ph.CO astro-ph.GA
Effect of Template Uncertainties on the WMAP and Planck Measures of the Optical Depth Due To Reionization
再电离光学深度是最差确定的六个$Λ$ CDM参数适合CMB各向异性数据。仪器噪声和系统学阻止了不确定性达到其宇宙方差极限。目前，提供最具统计约束力的数据集是WMAP、普朗克LFI和普朗克HFI全天空偏振图。由于再处理的HFI数据与减少系统学尚未公开，我们检查了$τ$的测定使用9年的WMAP和2015年普朗克LFI数据，重点是表征潜在的系统性偏差导致的前景模板和掩蔽的选择。我们发现证据的低水平系统的LFI偏振数据与大致共模形态跨越LFI频率和频谱一致的强度信号泄漏到偏振通道。我们证明了使用LFI 30 GHz地图作为模板从WMAP数据中清除同步加速器时导出的光学深度的显著偏差，并建议不要使用2015年LFI 30 GHz偏振数据作为非LFI数据集的前景模板。我们发现2015年极化353 GHz尘埃模板从普朗克似然重建的版本和那些从交付的地图，这可能会影响$τ$在1 $σ$水平之间的不一致。在$τ$值在我们研究的数据组合集合上的分布表明，系统的不确定性仍然对$τ$中的当前不确定性有显著影响，但所有值都与$τ$ = 0.07 +/- 0.02的范围一致。
2019-01-08 astro-ph.CO
A hidden reionization prior biases cosmological inference
Shanghai Astronomical Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海天文台）
研究发现标准单调再电离历史与观测数据冲突，引入早期再电离成分可放宽中微子质量上限并改变σ8，揭示再电离形状是宇宙学推断中的隐含先验。
2026-06-29 astro-ph.CO astro-ph.GA
Linear Polarization of the 21 cm Line from the Epoch of Reionization
由于汤姆逊散射离开自由电子的21厘米线偏振可以探测中性氢在星系际介质中的分布在再电离的时代，补充21厘米的温度波动。先前的研究（Babich & Loeb 2005）用玩具模型估计了极化的强度，并声称可以通过平方公里阵列（SKA）的1个月观察来检测。在这里，我们重新审视这一调查与帐户的非线性条款，由于不均匀的再电离，使用数值再电离模拟提供现实的估计21厘米TE和EE角功率谱（$C^{\rm TE}_\ell$和$C^{\rm EE}_\ell$）。我们发现：（1）与以前的结果相比，两个功率谱在亚泡尺度上都增强了，而在超泡尺度上被抑制了：（2）$C^{\rm TE}_\ell$在$\ell<100$处有一个零交叉，其角标度对H I偏置的标度依赖性很敏感;（3）在给定的$\ell$（即$C^{\rm TE}_\ell / C^{\rm TE}_{\ell,{\rm max}} $和$C^{\rm EE}_{\ell}/C^{\rm EE}_{\ell,{\rm max}}$）下，再电离过程中功率谱与其最大值的比值与总电离分数有很强的相关性。然而，这种信号的测量将是非常具有挑战性的，不仅因为整体强度弱于SKA的灵敏度，而且还因为来自漫射同步辐射的偏振前景，以及法拉第旋转，其修改了观察到的偏振。然而，21 cm线性偏振信号仍然可能通过其他方法（例如，其与其他探针的互相关）检测到。
2021-08-30 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Revised estimates of CMB $B$-mode polarization induced by patchy reionization
通过宇宙微波背景中的$B$模偏振模式寻找原初引力波是当前和未来宇宙微波背景实验的主要目标之一。除了前景，在这个搜索的一个潜在的障碍是各向异性的二次$B$模式的偏振产生的CMB光子散射的自由电子产生的补丁宇宙学再电离。由于再电离历史的不确定性，这些二次各向异性的鲁棒预测是具有挑战性的。在本文中，我们修订估计的再电离引起的$B$模式的信号，结合最新进展的理解再电离通过观测的莱曼- $α$森林。为了获得这些$B$模式的估计，我们使用高动态范围的辐射传输模拟的再电离校准的LY $α$数据。这些模拟也与其他各种高红移观测结果一致。我们发现，在多极$\ell\approx 100$附近，再电离诱导出具有$\ell(\ell+1)C_\ell^{BB}/2π\approx 4\times 10^{-6}\,μ$ K $^2$的$B$模功率.因此，该次级信号处于具有张量-标量比$r<10^{-4}$的原始信号的水平，并且如果再电离是由驻留在质量为$\sim 10^{11}$ M $_\odot$的晕中的高度聚集的源提供的，则该次级信号可以增加$\sim 50$的因子。我们的研究结果表明，斑片状再电离对寻找原始引力波的贡献不太可能成为目前计划中的CMB实验的关注点。
2021-01-05 astro-ph.CO
Observing patchy reionization with future CMB polarization experiments
从高精度偏振测量宇宙微波背景（CMB）的角度出发，对斑片状再电离信号进行了研究。我们实现了一个类似于CMB透镜效应的补丁再电离信号的提取过程。我们评估的信号噪声比（SNR）的未来阶段IV（S4）CMB实验。该信号具有以角度尺度为中心的宽峰，在较高的多极子处具有长尾。CMB S4实验通过测量度标上的信号，可以有效地抑制再电离的性质。信号幅度取决于确定再电离形态的结构的性质。我们描述的气泡半径分布对数正态分布。预期信噪比对平均气泡半径敏感：$\bar{R}=5$ Mpc表示$S/N \approx 4$，$\bar{R}=10$ Mpc表示$S/N \approx 20$。半径分布的扩展强烈地影响积分SNR，当$σ_{lnr}$从$\ln 2$变为$\ln3$时，积分SNR改变因子$10^2$。因此，未来的CMB实验将对再电离的物理学产生重要的限制。
2018-04-26 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
Galactic Faraday rotation effect on polarization of 21 cm lines from the epoch of reionization
中性氢的红移21 cm信号是再电离期最有竞争力的探针之一。由于汤普森散射，非偏振21 cm辐射在EoR期间获得一定水平的线性偏振。这种线性偏振，如果测量，可以探测有关EoR的重要信息。本文研究了银河系法拉第旋转（FR）对21 cm辐射偏振探测的影响。由于红移21 cm信号的大波长性质，FR的影响很强，因此由21 cm光子携带的初始E模式信号被完全修改。我们表明，旋转测量（RM）数据的99%的准确度是必要的，以恢复初始E模式信号。我们的结论是，鉴于RM观测的当前状态，不可能从EoR中检索21 cm的初始偏振信号。然而，我们乐观地认为，这可能是从下一代无线电调查。
2013-07-16 astro-ph.CO
Probing the Early History of Cosmic Reionization by Future Cosmic Microwave Background Experiments
宇宙再电离在宇宙微波背景（CMB）的温度和偏振各向异性上留下了自己的印记。CMB望远镜的进步已经对再电离的历史施加了重大的限制。由于不久的将来CMB望远镜的目标是最大的灵敏度，或仅受宇宙方差（CV）限制的观测，我们在此预测未来CMB观测在约束再电离历史方面的潜力。在这项研究中，我们进行马尔可夫链蒙特卡罗分析CV有限的E-模式偏振观测，如LiteBIRD（光卫星的研究B-模式偏振和膨胀从宇宙背景辐射探测），基于几种不同的方法，不同的方式采样再电离历史。我们特别关注于估计非常早期的历史，发生在红移$z>15$，这是量化的部分CMB光学深度由于自由电子在$z>15$，$τ_{z>15}$。我们发现，$τ_{z>15} \sim 0.008$的再电离，这是远远低于目前的上限$τ_{z>15} \sim 0.02$，是可以实现的再电离模型在早期阶段与minihalo的优势，并可以区分与$τ_{z>15} \lesssim 5\times 10^{-4}$通过CV有限的CMB偏振观测。然而，对$τ_{z>15}$的准确估计仍然有些难以捉摸。我们调查是否resscribe有限球谐模式的E模式偏振数据可以解决这个缺点。
2022-02-09 astro-ph.CO
CMB polarization anisotropies from cosmological reionization: extension to B-modes
对宇宙电离历史的准确理解在现代宇宙学中起着基础性的作用。它包括标准复合时期之后的宇宙学再电离阶段，可能与结构和恒星形成的早期阶段有关。虽然简单的“τ-参数化”的再电离过程，特别是它的印记上的CMB各向异性可能代表一个足够准确的模型解释当前的CMB数据，一个很大的注意力最近已经提出了在CMB的再电离签名的准确计算的各种天体物理方案和物理过程。这项工作的目的是在一个仔细的表征的印记中引入的偏振各向异性，特别注意的B-模式。我们已经实现了一个修改版本的CAMB，宇宙学玻尔兹曼代码计算的角功率谱（APS）的各向异性的CMB，介绍了氢和氦的电离分数预测天体物理和唯象再电离的历史，超越简单的τ参数化。我们比较了这些模型的所有非零（在假设的情况下）模式的CMB APS获得的结果。的振幅和形状的B模式APS取决于，特别是在张量标量比，r，并在再电离的历史，因此，再电离过程的精确建模将有影响的精确测定r或设置更精确的约束，通过联合分析E和B模式的偏振数据，可在未来的下一代的任务。同时考虑到天体物理前景潜在残差的限制，我们讨论了下一个数据在很宽的r范围内对不同再电离情景进行分类的能力。
2012-05-02 astro-ph.CO
Population III star explosions and Planck 2018 data
利用最新的Planck数据研究了第III星族星超新星爆发对高红移再电离历史的影响。据预测，大质量Pop~III星~（$130M_\odot\leq M\leq 270M_\odot$）在其恒星生命的末期会以对不稳定性超新星（PISNe）的形式爆发。在爆炸过程中，超新星遗迹以热电离泡的形式生长，并在再电离历史的早期阶段增强了电离分数。这种增强影响了宇宙微波背景~（CMB）的光学深度，并产生了大尺度上CMB偏振的附加各向异性。因此，分析普朗克偏振数据使我们能够检查Pop III星SNe及其祖先，大质量Pop III星的丰度。为了模拟SN对再电离的贡献，我们引入了一个新的参数$ζ$，它与宇宙的坍缩分数的SNe丰度有关。利用最新的普朗克极化数据，利用马尔可夫链蒙特卡罗方法，我们得到了我们的模型参数，$ζ$的约束。我们的约束告诉我们，所观察到的CMB偏振与PISNe的丰度是一致的，从最近的宇宙学模拟中的Pop III恒星的恒星形成率和初始质量函数预测。我们还建议，结合进一步的观测，如高红移类星体的观测，可以提供更严格的约束和重要的信息的性质的Pop III星的再电离历史。
2021-06-14 astro-ph.CO
No way ou$τ$: Epoch of Reionization Observations Do not Support Large Values of the Optical Depth to Reionization
Pengcheng Laboratory（鹏城实验室）；Tsinghua University（清华大学）
该研究结合CMB、BAO及再电离相关观测数据，采用Gompertzian再电离框架分析，得出再电离光深为0.067±0.011，在大于约2σ水平上偏好动力学暗能量，大尺度极化的系统误差难以解释该偏好。
2026-08-04 astro-ph.CO
Inference of the optical depth to reionization from low multipole temperature and polarisation Planck data
本文探讨了从具有复杂噪声特性和部分天空覆盖的宇宙微波背景各向异性图中构建低多极温度和极化似然的方法。我们使用普朗克2018高频仪器（HFI）和更新的SRoll 2温度和偏振图来测试我们的方法。我们提出了三种基于二次互谱估计的似然近似：（一）普朗克遗留论文中使用的基于模拟的似然（SimBaL）技术的变体，以产生低多极EE似然;（二）基于最大熵原理的半解析似然近似（momento）;（三）密度估计“无似然”方案（DELFI）。方法（ii）和（iii）可以推广到产生低多极联合温度极化（TTTEEE）的可能性。我们提出了广泛的测试，这些方法与现实的相关噪声模拟。然后，我们分析普朗克数据，并确认我们的方法的鲁棒性和多个频率间和频率内检测器集合组合SRoll 2地图的可能性。这三种可能性技术给出了一致的结果，并支持从HFI到reoinization的光学深度τ的低值。我们对tau的最佳估计来自于将低多极SRoll 2矩（TTTEEE）似然与CamSpec高多极似然相结合，并且tau = 0.0627+0.0050-0.0058。这与SRoll 2团队对tau的测定一致，尽管略高0.5 sigma，主要是因为我们对温度和偏振的联合处理。
2021-08-24 astro-ph.CO
Approximate Analytic Spectra of Reionized CMB Anisotropies and Polarization generated by Relic Gravitational Waves
本文给出了由残余引力波（RGW）产生的宇宙微波背景辐射（CMB）各向异性和极化的再电离谱$C_l^{XX}$的近似解析计算。探讨了三种简单的再电离模型，其可见度函数用高斯型函数近似拟合。我们推导出了解析的极化$β_l$和温度各向异性$α_l$，两者都由两个与RGW成比例的项组成，在去耦和再电离时也是如此。证明了$β_l$和$α_l$与再电离时间$η_r$、持续时间$Δη_r$和光学深度$κ_r$的显着依赖性。此外，$β_l$和$α_l$中含有不同系数的$κ_r$，极化谱$C_l^{EE}$是$C_l^{BB}$比$C_l^{TT}$更灵敏的再电离探针.这些结果有助于检查的再电离效应，特别是，$κ_r$与归一化振幅和RGWs的初始光谱指数的简并。还发现，再电离也会导致$C_l^{TE}$的零多极$l_0$的$κ_r$依赖性移位$Δl\sim 20$，为了检测RGW的痕迹，应该包括这种效应。与数值计算结果相比，解析$C_l^{XX}$作为近似方法存在一定的局限性.对于$l\simeq (30, 600)$范围内的主峰，三种模型的误差均为$\le 3%$。在再电离凸块的$l < 20$范围内，两个扩展再电离模型中的$C_l^{EE}$和$C_l^{BB}$的误差为$\le 15%$，而$C_l^{TT}$和$C_l^{TE}$对$l<10$的偏离要大得多。突然再电离模型中的颠簸太低了。
2009-03-20 astro-ph.CO
Reionization in the dark and the light from Cosmic Microwave Background
我们探讨了普朗克2015年宇宙微波背景（CMB）数据的再电离历史的约束条件，并推导出未来CMB观测的预测。我们考虑一类单调的历史参数化的再电离的两个额外的参数，相对于在瞬时再电离建模中使用的平均光学深度。我们研究了再电离的历史和标准宇宙学模型的选定扩展之间的简并性。特别是，我们认为与中微子部门的总质量的简并，我们讨论了可能的相关性之间的暗物质湮灭和持续时间的再电离的CMB。我们使用Hazra和Smoot，JCAP 1711，028（2017）中提出的多离子模型的扩展。我们将普朗克2015年数据的约束与未来可能的CMB任务LiteBIRD的预测约束进行了比较，我们还使用了拟议的类似CORE的规格作为更高分辨率的例子。我们发现，平均光学深度和再电离持续时间之间的简并性将基本上被这两个概念所消除。再电离历史与总中微子质量和暗物质湮灭性质之间的简并性也将通过未来的调查得到改善。我们发现，在再电离的时间长的情况下，在更高的分辨率的再电离历史的约束只有边际改善。
2018-07-14 astro-ph.CO
Reconstructing CMB fluctuations and the mean reionization optical depth
再电离产生的汤姆逊光学深度是测量原始涨落振幅的一个限制因素，因此也是测量影响低红移振幅的物理学的一个限制因素，例如中微子质量。由于前景和系统效应，目前基于直接测量大尺度宇宙微波背景（CMB）偏振的光学深度限制具有挑战性。在这里，我们考虑一个间接测量的大尺度极化，使用观察到的小尺度极化的地图与地图的领域扭曲的CMB，如CMB透镜和补丁再电离。我们发现，非常未来的CMB调查将能够重建大规模的偏振，从而平均光学深度，只使用小尺度上的测量。
2017-01-24 astro-ph.CO hep-ph
Disentangling patchy reionization signatures from primordial gravitational waves using CMB $E$-mode and $B$-mode polarization
本研究开发贝叶斯框架结合CMB $E$-模和$B$-模偏振，利用SCRIPT模型中的$EB$估计器分离斑驳再电离与原初引力波信号，证实CMB-S4和PICO实验能高置信度探测斑驳$B$-模并助力$r$的无偏测量。
2023-10-25 astro-ph.CO
A Search for X-Ray Reionization Signatures from Cross-Correlation of Wmap and ROSAT Rass Data
基于ROSAT全天巡天（RASS）和WMAP五年观测资料，对宇宙微波背景（CMB）偏振图和软X射线背景（SXRB）之间可能存在的相关性进行了观测研究。这是由以下事实激发的，即一些CMB偏振可能是由于在再电离时期由X射线加热源产生的自由电子引起的CMB光子的散射而产生的。探测到这种相关性，就可以研究X射线加热在再电离过程中的作用。然而，由ROSAT RASS和WMAP五年图构建的CMB偏振图和SXRB图的交叉角功率谱是一致的，没有相关性。我们将这种负检测归因于极弱的信号和大的仪器噪声。虽然未来的搜索是需要与高灵敏度的仪器为CMB偏振和软X射线光子，我们目前的研究结果仍然可以作为一个有用的约束X射线加热的影响，在再电离的时代。
2009-03-09 astro-ph.CO
Cold or Warm? Constraining Dark Matter with Primeval Galaxies and Cosmic Reionization after Planck
暗物质构成了宇宙中绝大多数的物质，但它的微观本质仍然是一个有趣的谜，对粒子物理学，天体物理学和宇宙学有着深远的影响。在这里，我们揭示了长期存在的问题，无论是暗物质是温暖或寒冷的结合测量星系光度函数的高红移z~10从哈勃太空望远镜与最近的宇宙学数据的再电离历史的宇宙从普朗克任务。我们推导出强大的和严格的边界上的温暖的暗物质粒子的质量，发现目前的数据需要它在2和3千电子伏之间的狭窄范围。此外，我们表明，不超过3千电子伏的质量也同时表明与银河系大小的星系中的卫星的本地数量的天体物理约束，虽然它是在边缘的莱曼α森林的分析紧张。对于质量超过3 keV的暖暗物质和冷暗物质，为了满足普朗克对光学深度的约束，并且不遇到卫星问题，需要调用天体物理过程，抑制质量M_H<几个10^8 M_sun的晕中的星系形成，对应于极限UV星等M_UV~-11。无论如何，我们预测了星系光度函数在M_UV~-12的z~8附近的下降，并强调其详细的形状对粒子物理和小晕中星系形成的天体物理都是非常有用的。这些期望将通过哈勃前沿场和詹姆斯韦伯太空望远镜的出现进行测试，这将使探测星系光度函数的非常微弱的一端达到z~8-10。
2015-08-10 astro-ph.CO
A framework to mitigate patchy reionization contamination on the primordial gravitational wave signal
本文构建自洽的斑块状再电离建模与多观测量联合分析框架，利用kSZ、E模和B模数据约束电子密度斑块性，以消除其对标量张量比r测量的显著偏差。
2023-04-15 astro-ph.CO
Constraint on the abundance of primordial black holes in dark matter from Planck data
我们使用2015年公布的普朗克数据，在两种不同的再电离模型（一种是瞬时再电离，另一种是不对称再电离）下约束暗物质中的原生黑洞（PBH）丰度，并将WMAP 3年数据中PBH丰度的上限显著提高了两个数量级左右。此外，这些新的限值意味着在$95\%$置信水平（C.L.）下，PBH二进制合并的事件率（Gpc $^{-3}$ yr $^{-1}$）小于$M_\text{pbh}=30M_\odot$的$0.002$、$M_\text{pbh}=10M_\odot$的$5$和$M_\text{pbh}=2M_\odot$的$2000$，因此，GW150914似乎不太可能是由PBH双星合并产生的。
2016-12-18 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Reionization and Cosmic Dawn: theory and simulations
我们强调最近的进展，在复杂性和多样化的宇宙黎明和再电离模拟。这些建模工具的应用，目前的观测，使我们缩小了时间的再电离，我们现在知道，在dz ~ 1的大部分再电离。最强的约束来自光学深度的CMB测量与{ \it普朗克}卫星和第一次检测到正在进行的再电离从光谱的z=7.1类星体ULASJ 1120 +0641。然而，我们仍然对第一个十亿年的天体物理来源几乎一无所知。我们理解的革命将由即将到来的宇宙21厘米信号的干涉测量观测引领。UV和X射线光子的源和汇的属性被编码在信号的3D图案中。贝叶斯参数恢复技术的发展，利用21厘米信号的财富，将很快迎来一个精确的天体物理宇宙学时代。
2018-01-08 astro-ph.CO astro-ph.GA
Reionization on Large Scales III: Predictions for Low-ell Cosmic Microwave Background Polarization and High-ell Kinetic Sunyaev-Zel'dovich Observables
我们提出了新的预测温度（小角度尺度）和极化（大角度尺度）CMB各向异性诱导的再电离（EoR）的时代。使用一种新的方法校准的辐射流体动力学模拟，我们模拟的EoR在大体积（L >~ 2 Gpc/h）的背景下，银河系再电离。我们发现，对于我们研究的参数空间，EoR对动力学Sunyaev- Zel'dovich功率谱（斑块状kSZ）的贡献在ell = 3000时的范围为~0.6 - 2.8 μ K^2。这些不规则的kSZ功率谱是从发现是必要的大的15度X 15度图计算的。减小这些标测图的大小会使整体斑块kSZ功率偏向更高的值。我们发现，对于再电离的平均红移（）和持续时间（dz），在e11 = 3000处的斑片状kSZ功率谱的振幅遵循简单标度D_e11 = 3000^kSZ propto<z>和D_e11 =3000^kSZ propto Delz ^[0.47<z>]。利用<z>WMAP 7年结果的限制和EDGES的dz下限，我们发现在e11 = 3000时kSZ的下限约为0.4 μ K^2。普朗克将从低维偏振功率谱中约束平均红移和汤姆逊光学深度。如果宇宙红外背景和热Sunyaev Zel'dovich效应之间的互相关受到限制，未来对南极望远镜（SPT）和阿塔卡马宇宙学望远镜（ACT）的高辐射CMB功率谱的测量应该检测到片状kSZ信号。我们表明，温度和偏振测量的组合约束<z>和dz。补丁k…
2012-11-12 astro-ph.CO
Impact of reionization history on constraining primordial gravitational waves in future all-sky cosmic microwave background experiments
本文研究了再电离历史不确定性对全天CMB偏振实验限制原初引力波的影响，发现利用大尺度E模功率谱可排除导致偏差的再电离场景，从而确保PGW限制的稳健性。
2024-12-25 astro-ph.CO
Hemispherical Variance Anomaly and Reionization Optical Depth
CMB全天空温度数据显示，功率的半球不对称性几乎与椭圆形一致。在真实空间中，这种异常可以通过北半球和南半球的温度变化来量化，北半球显示出异常低的变化，而南半球似乎与最佳拟合理论LCDM的预期一致。虽然这是一个在温度方面的公认结果，但电流极化数据中的低信噪比阻止了类似的比较。即使温度和偏振是相关的，由温度数据约束的偏振实现表明，预计偏振数据中不存在方差的缺乏。因此，测试温度结果是否是侥幸的一种自然方法是测量CMB偏振分量的方差。在未来的CMB实验，将允许高精度的大规模偏振测量的预期中，我们研究偏振的方差如何依赖于LCDM参数的不确定性预测偏振图与普朗克的MCMC链。我们发现，与温度方差，偏振方差是显着敏感的宇宙学参数的不确定性。这主要来自于当前对再电离光学深度τ的约束较差，以及τ在低多极驱动方差的事实。在这项工作中，我们展示了如何的偏振映射的方差一般依赖于宇宙学参数。我们演示了如何在普朗克的两个最新的数据发布之间看到的τ测量的改善结果在更严格的约束偏振方差的期望。最后，我们考虑更小的不确定性，以及如何更精确的测量τ可以驱动的期望接近宇宙方差有限分布的半球偏振方差。
2019-12-05 astro-ph.CO
SCORCH. II. Radiation-Hydrodynamic simulations of reionization with varying radiation escape fractions
在宇宙氢再电离（SCORCH）项目的模拟和构造中，我们提出了新的辐射流体动力学模拟，更新了高红移星系种群和不同的辐射逃逸分数。模拟的目的是有固定的汤姆逊光学深度$τ\approx 0.06$，符合最近的普朗克观测，和类似的中点再电离$7.5 \lesssim z \lesssim 8.0$，但不同的电离历史。我们模型中的星系光度函数和电离光子产生率与最近的HST观测结果符合得很好。采用幂律形式的辐射逃逸分数$f_{\text{esc}}(z) = f_8[(1+z)/9]^{a_{8}}$，我们模拟的情况下，$a_8 = 0$，1和2，并找到$a_8 \lesssim 2$，以结束再电离范围内的$5.5 \lesssim z \lesssim 6.5$与莱曼α森林观测。在固定的$τ$和幂律斜率$a_8$增加，再电离过程开始较早，但结束较晚，持续时间$Δz$和减少红移不对称$Az$。我们发现一系列的持续时间$3.9 \lesssim Δz \lesssim 4.6$，目前在紧张局势的上限$Δz < 2.8$推断从最近的联合分析普朗克和南极望远镜的观测。
2019-03-13 astro-ph.CO
The high-redshift tail of stellar reionization in LCDM is beyond the reach of the low-$\ell$ CMB
第一代（Pop-III）星可以通过$z=15$电离宇宙的1-10%，而富金属（Pop-II）星对电离的贡献可以忽略不计。这种低电离尾部可能会在大尺度CMB E模式偏振上留下可检测的印记。然而，我们表明，再电离的物理模型不太可能被充分扩展到检测任何参数超过总的光学深度通过再电离。这一结果部分是由普朗克推断的总光学深度驱动的，表明$z=8$周围有一个再电离中点，这与再电离由$z\approx 5.5$完成的要求相结合，限制了扩展尾部的幅度。为了证明这一点，我们进行半解析计算的再电离，包括流行-III星形成的minihalos与莱曼-沃纳反馈。我们发现，标准的Pop-III模型需要产生非常广泛的再电离在$z>15$，以区分在2- $σ$从Pop-II-唯一的模型，假设宇宙方差有限的测量低- $\ell$ EE功率谱。然而，我们表明，除非有（1）一个晚时间淬灭机制，如从强X射线反馈或（2）一些其他极端的波普-III的情况下，结构的形成使得它相当具有挑战性，以产生足够高的汤姆逊散射光学深度的$z>15$，$τ(z>15)$，并仍然与其他观测约束的再电离。
2021-09-28 astro-ph.CO astro-ph.GA
Detecting the Rise and Fall of the First Stars by Their Impact on Cosmic Reionization
星系际介质在红移z~6之前被再电离，很可能是早期星系逃逸的星光所致。最早的恒星是在氢分子（H2）冷却最小星系内部的气体时形成的，这些星系的质量在10^5到10^8太阳质量之间。虽然最早的恒星在红移z~40之前就开始在这些小晕内形成，但迄今为止，它们的贡献在这种宇宙再电离的大规模模拟中被忽略了。在这里，我们报告的结果，从第一次再电离模拟，包括这些第一批恒星和辐射反馈，限制了他们的形成，在一个体积足够大，以遵循关键的空间变化，影响的过程及其可观测性。我们发现，虽然minihalo星停止远未完全电离宇宙，再电离开始早得多的minihalo源比没有，并大大延长，这提高了星系际电子散射光学厚度和大角度偏振波动的宇宙微波背景显着。虽然在目前WMAP的不确定性范围内，这种助推应该很容易被普朗克探测到。如果再电离在z_ov<~7时结束，正如其他观测所表明的那样，普朗克将因此看到第一批恒星的高红移信号，目前其他探测器无法检测到。
2012-08-02 astro-ph.CO
Inference of the optical depth to reionization $τ$ from $\textit{Planck}$ CMB maps with convolutional neural networks
本文提出完全基于神经网络的无似然方法，直接从偏振 Planck HFI 的 Q、U 图推断再电离光深 τ，在真实数据上得到与 EE 交叉谱相容的结果。
2024-07-09 astro-ph.CO
An Examination of Galactic Polarization with Application to the Planck TB Correlation
从普朗克HFI 353 GHz强度和偏振图计算的角功率谱产生TB相关性，可以近似为幂律。无论所观察到的TB相关性是一个诱导的系统功能或银河系尘埃排放的物理性质是感兴趣的宇宙学和银河系的研究。研究了微波偏振热尘埃辐射的大角度尺度E模和B模形态，并将其与偏振角和偏振分数等物理量联系起来。我们使用极化尘埃的经验模型表明，尘埃偏振角是产生TB相关性的关键因素。一个小样本的模拟和观察到的偏振角地图相结合，353 GHz的强度和尘埃偏振分数产生一套地图，我们计算TB和EB。产生正TB相关性的模型实现是常见的，并且可以由偏振角中的大尺度（>5度）结构产生。TB的相关性出现强大的个人强度，偏振角和偏振分数模型组件，是独立的353 GHz的观测。我们的结论是，所观察到的TB相关性可能是大规模的银河系尘埃偏振特性的结果。
2021-08-14 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
The asymmetry of dawn: evidence for asymmetric reionization histories from a joint analysis of cosmic microwave background and astrophysical data
本研究联合CMB与天体物理数据，提出含不对称性的氢电离历史扩展模型，发现再电离历史对称假设在4σ水平不被支持，结果将由JWST等更精确数据进一步检验。
2024-05-15 astro-ph.CO
Cross-correlation of the Polarizations of the 21-cm and Cosmic Microwave Backgrounds
本文研究再电离时期21厘米偏振与CMB偏振的互相关，利用解析模型和总角动量形式推导角功率谱，并通过噪声分析表明下一代21厘米与CMB任务协同可检验无再电离零假设，但无21厘米偏振零假设仍难以排除。
2021-10-04 astro-ph.CO
