A new way of detecting intergalactic baryons
对于河外光的每个光子波包，由视线星系间等离子体的色散导致包络宽度的增加和载波频率的啁啾（漂移）。它表明，对于许多时间上重叠的波包与随机历元相位的连续发射，如类星体在无线电波段，这反过来又导致准周期变化的强度到达的时间尺度之间的相干时间（定义为频率选择的带宽的倒数，这里取为无线电观测的0.01GHz量级）和拉伸包络，大部分的波动功率在后一个尺度上，对于星系际色散，这通常在毫秒范围内。因此，通过在如此短的尺度上监测类星体的光变曲线，应该有可能确定沿着许多方向和距离到各种类星体的视线等离子体柱，从而提供近宇宙中电离重子的三维图像。
2013-01-20 astro-ph.CO
Probing quasar lifetimes with proximate $21$-centimetre absorption in the diffuse intergalactic medium at redshifts $z\geq 6$
增强的电离辐射在靠近红移$z\gtrsim 6$类星体的地方产生了星系际Ly $α$传输的短窗口，这些窗口位于类星体Ly $α$发射线的蓝色方向。这些Ly $α$近区的大多数与具有$t_{\rm Q}\sim 10^{5}-10^{7}\rm\,yr$的光学/紫外亮寿命的类星体一致。然而，最小的Ly $α$近区似乎需要短至$t_{\rm Q}\lesssim 10^{4}\rm\,yr$的寿命。这些短的寿命对$z\gtrsim 6$上的$\sim 10^{9}\rm\,M_{\odot}$黑洞的生长提出了明显的挑战。只有当黑洞主要在一个模糊的阶段中生长，或者类星体在与电离氢的平衡时间相当的时间尺度上变化时，才有可能在更长的时间尺度上吸积。然而，区分非常年轻的类星体和经历过仅由Ly $α$吸收的幕式吸积的老类星体是具有挑战性的。因此，我们预测的签名近21厘米吸收周围$z\gtrsim 6$射电响亮类星体。对于星系际氢的适度预热的X射线背景，在任何类星体加热之前的自旋温度$T_{\rm S} \lesssim 10^{2}\rm\,K$，我们发现近21厘米的吸收应该是可观察到的射电响亮类星体的光谱。近21厘米吸收的程度是敏感的类星体的综合寿命。在$2-3\rm\,pMpc$类星体的（射电强）类星体中，来自弥散星系际介质的近21厘米吸收的证据与短类星体寿命$t_{\rm Q}\lesss…
2022-12-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
The hyperfine transition of 3He+ as a probe of the intergalactic medium
探讨了~ 3 He ~+超精细跃迁作为星系际介质探测器的前景。在再电离过程中，电离区的发射信号预计将与21厘米图反相关。预测的发射信号从莱曼α斑点在较低的红移是可检测的未来无线电天文台。
2009-05-12 astro-ph.CO
A New Method to Directly Measure the Jeans Scale of the Intergalactic Medium Using Close Quasar Pairs
虽然星系际介质（IGM）中的重子在Mpc尺度上跟踪暗物质，但小尺度（~100 kpc）的波动被压力支持所抑制，类似于经典的金斯论点。这个金斯过滤尺度具有基本的宇宙学意义：它提供了再电离事件中紫外光子注入的热量的热记录，确定了IGM的团块，并为引力坍缩设定了最小质量尺度，这是星系形成的关键量。不幸的是，通过纯纵向莱曼-α森林光谱的标准分析进行测量是非常具有挑战性的，因为吸收线的热多普勒展宽是高度简并的。在这项工作中，我们表明，可以直接测量的Jeans标度通过表征的相干性的相关莱曼α吸收类星体对的间距足够小，以解决它。为此，我们提出了一种新的技术，基于概率分布函数（PDF）的相位角差的同源纵向傅里叶模在密切的类星体对光谱。贝叶斯形式主义的相位角PDF的基础上，和MCMC技术被用来表征未来的牛仔裤尺度测量的精度，并探讨退化与其他热参数管理的IGM。IGM的半解析模型用于从暗物质模拟生成500个热模型的网格。我们的全参数研究表明，一个现实的样本只有20个密切的类星体对光谱可以精确到5%的精度，独立的参数控制的IGM的温度-密度关系的金斯尺度。我们表明，这种新方法是不敏感的电池的系统，如连续拟合误差，不精确的知识的噪声和光谱分辨率，金属线吸收。
2013-05-01 astro-ph.CO
Signatures of Small-scale Structure of the Pre-reionization Intergalactic Medium in $z\gtrsim7$ Quasar Proximity Zones
本研究通过一维电离辐射转移后处理模拟，发现z≈7.5类星体近邻区的Lyα透射统计可在2σ水平区分再电离前星系际介质的冷暗物质、温暗物质及X射线加热模型，为探测早期宇宙小尺度结构提供新途径。
2023-12-11 astro-ph.CO
A first direct measurement of the intergalactic medium temperature around a quasar at z=6
星系际介质（IGM）的热状态提供了HI和HeII再电离时期的间接探测。目前对Lya森林IGM温度的限制仅限于红移范围2<z<4.5，限制了探测HI再电离热记忆的能力。本文通过分析SDSS J 0818 +1722近区Lya吸收线的多普勒宽度，首次直接测量了z=6类星体周围的IGM温度。我们使用一个高分辨率（R= 40000）凯克/HIRES光谱结合详细的数值模拟，以获得温度在平均密度，T_0=23600 \pm^5 000_6900 K（\pm^9 200_9300 K）在68（95）%的置信度假设先验概率13500 K <T_0<38500 K以下HI和HeII再电离。这使我们能够将HI再电离的红移z_H的上限设置在SDSS J 0818 +1722的33 Mpc内。如果类星体使其附近的HeII再电离，那么在瞬时再电离的极限下，我们推断z_H<9.0（11.0），置信度为68%（95%），假设光加热是主要热源，HI再电离是由具有软光谱的电离源驱动的，这是典型的星族II星。如果SDSS J 0818 +1722周围IGM中的HI和HeII被一群大质量无金属恒星同时再电离，其特征是非常硬的电离光谱，我们得到一个更严格的上限z_H<8.4（9.4）。在更高的红移下开始再电离产生的温度相对于我们的约束太低，除非HI电离源或类星体本身的光谱比通常假设的要硬得多。
2010-03-25 astro-ph.CO
Detection of X-ray Emission from the Warm-Hot Intergalactic Medium through the Angular Autocorrelation Function with Chandra
我们已经使用了角自相关函数（AcF）与钱德拉的ACIS-S仪器的指向。然而，我们确定，钱德拉的背景低于1千电子伏的贡献是太高，以实现合理的灵敏度。
2012-09-27 astro-ph.CO
Equation of state of the intergalactic medium in the early Universe
类星体光谱中Ly $α$森林的光谱被证明是探测星系际气体的有用工具。我们开发了Ly $α$林线Voigt轮廓拟合的自动程序。我们在Keck望远镜存档的9个高分辨率（$\sim 50000$）类星体的高信噪比（$\sim 50 -100$）谱上运行该程序，获得了拟合良好的Ly $α$单谱线的样本。用物理上合理的模型拟合该样品的柱密度和多普勒参数的联合二维分布，我们估计了星系际介质状态方程在红移范围$z\sim 2-3$内的幂律指数$γ$。我们发现，我们的测量是在协议与其他群体获得的Voigt轮廓拟合技术的测量。
2018-03-02 astro-ph.CO
IGMtransmission: A Java GUI to model the effects of the Intergalactic Medium on the colours of high redshift galaxies
IGMtransmission是一个Java图形用户界面，它实现了蒙特卡罗模拟来计算高红移星系由于星系际衰减而对颜色的修正。吸收由于中性氢的影响被认为是，特别注意莱曼极限系统的随机效应。衰减曲线的产生，以及广泛的过滤器的响应和模型星系光谱的颜色。可随时上传备选滤波器响应曲线和频谱。该代码可从http://code.google.com/p/igmtransmission免费获得。它在GNU通用公共许可证v.3下授权。
2011-05-31 astro-ph.CO
The Faint End of the Quasar Luminosity Function at z~4: Implications for Ionization of the Intergalactic Medium and Cosmic Downsizing
本文提出了一种更新的z ~ 4类星体光度函数（QLF）的测定方法，改进了Glikman等人（2010）提出的QLF暗端测定方法的质量。我们已经从我们的调查样本中观察到了另外43个候选者，在z = 4.23处产生了一个额外的类星体，并将我们光谱跟踪的完整性提高到48%，因为在我们3.76 deg 2的调查区域内，候选者比R = 24亮。我们研究的效果，使用K-校正计算静止帧绝对星等在1450 A相比，直接从对象光谱测量M1450。我们发现一个光度依赖的偏见：基于模板的K-校正高估了低光度类星体的光度，可能是由于他们依赖于来自更高光度类星体的模板。结合我们的样本与明亮的类星体从斯隆数字巡天，并使用基于光谱的M1450的所有类星体，我们适合双幂律的分箱QLF。我们的最佳拟合有一个亮端斜率，α = 3.3 \pm 0.2，和一个暗端斜率，β = 1.6（+0.8/-0.6）。我们的新数据修正了QLF的模糊端斜率，使其更平坦，类似于在z ~ 3处测量的值。破裂的光度，虽然没有受到很好的限制，但在M* = -24.1（+0.7/-1.9），比z ~ 3大约暗1 - 1.5等。这个QLF意味着类星体占了IGM在这些红移下所需辐射的一半左右。
2011-01-03 astro-ph.CO
Constraints on Dark Matter-Baryon Scattering from the Temperature Evolution of the Intergalactic Medium
星系际介质（IGM）的热演化可以作为宇宙学热源和热汇的灵敏探针。我们用它来限制暗物质和重子之间的相互作用。在再电离之后，IGM温度由光加热和绝热冷却之间的平衡来设定。我们使用测量的IGM温度从莱曼- $α$ -森林的数据来约束横截面$σ$之间的暗物质和重子，发现$σ< 10^{-20}$厘米$^2$的暗物质质量$m_χ\leq 1$ GeV。这提供了在红移$z\sim5$处的暗物质和重子之间的散射的第一个直接约束。
2017-11-14 astro-ph.CO
Probing the parameters of the intergalactic medium using quasars
我们继续我们的系列论文星系际介质（IGM）示踪剂使用类星体（QSO），检查伽马射线暴（GRB）和耀变体在早期的研究。我们估计IGM的氢柱密度（Nhxigm），温度和金属丰度使用XMM-牛顿类星体光谱在一个大的红移范围内，与碰撞电离平衡（CIE）模型的电离等离子体。的Nhxigm参数的结果是强大的内在的幂律，光谱计数，反射峰和软过剩功能。有范围的光度偏差的光度和Nhxigm规模与红移，但我们发现这不太可能考虑到一致的IGM参数结果在其他示踪剂类型的审查。插入高柱密度吸收器的影响被发现是最小的。来自类星体样本的Nhxigm标度为（1 + z）^1.5 +/-0.2。z = 0时的平均氢密度为n 0 =（2.8 +/- 0.3）x 10^-7 cm^-3，整个红移范围内的平均IGM温度为log（T/K）= 6.5+/-0.1，平均金属丰度为[X/H] = -1.3+/-0.1（Z 0.05）。与我们以前的GRB和blazar示踪剂聚合，我们得出结论，我们已经提供了IGM的贡献，并在光谱中看到的总X射线吸收的证据。这些结果是基于IGM所使用的必要的简化板模型，由于目前的X射线数据无法约束IGM红移分布
2022-03-20 astro-ph.CO
Estimation of the temperature-density relation in the intergalactic medium at $\mathbf{z\sim 2-4}$ via Ly$\mathbfα$ forest
类星体光谱提供了一个独特的机会，研究星系际介质在高红移。对Ly $α$森林的谱分析使我们能够约束星系际介质的有效状态方程及其在宇宙演化过程中的变化。本文根据Keck望远镜获得的50个高分辨率类星体光谱中Ly $α$森林线的Voigt轮廓拟合，给出了$z=1.6-3.7$范围内6个红移仓IGM中温度-密度关系的幂律指数$γ$的新测量值。我们发现IGM态在$z\sim 3$处接近于等温态（$γ\approx 1$），这可能表明HeII在此红移处发生了再电离.
2018-06-04 astro-ph.CO
Prospects for constraining quasar ages with fiber spectrographs: quasar-induced Ly$α$ emission from the intergalactic medium
本文构建理论模型研究类星体诱发的星系际介质 Lyα 发射，发现光学厚气体云的荧光贡献主导，并评估了 PFS 巡天中类星体-Lyα 发射交叉相关的可探测性，指出该贡献仅能解释 BOSS/eBOSS 测量值的约 10%。
2024-06-09 astro-ph.CO astro-ph.GA
Possible Contamination of the Intergalactic Medium Damping Wing in ULAS J1342+0928 by Proximate Damped Ly$α$ Absorption
针对 z=7.54 类星体 ULAS J1342+0928，研究指出前景近侧阻尼 Lyα 吸收可能模拟星系际介质阻尼翼，凸显深度光谱纯化样本的必要。
2023-12-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Evolution of the Intergalactic Medium
宇宙物质的大部分存在于一个稀释的水库，充满了星系之间的空间，星系际介质（IGM）。这个储藏库的历史与宇宙的结构形成、恒星形成和超大质量黑洞吸积的历史密切相关。我们的IGM模型在中等红移（2<z<5）是一个巨大的成功，定量地解释了星系际氢的莱曼α吸收的统计。然而，在较低和较高的红移（以及星系周围），关于IGM还有很多未知之处。我们回顾的理论模型和测量，形成的基础上的IGM的现代理解，我们讨论未解决的难题（从大部分不受约束的过程中的再电离在高Z的重子在低Z失踪的问题），突出的努力，有可能解决这些问题。
2016-08-25 astro-ph.CO
A Significantly Neutral Intergalactic Medium Around the Luminous z=7 Quasar J0252-0503
明亮的$z\ge7$类星体提供了再电离时期超大质量黑洞和星系际介质演化的直接探测。在单一EoR类星体光谱中可以检测到IGM中中性氢留下的Ly $α$阻尼翼吸收，从而可以测量IGM中的中性部分。然而，阻尼翼的功能只被发现在两个$z>7$类星体在以前的研究。本文介绍了利用Keck/NIRES和Gemini/GMOS获得的$z=7.00$类星体DES J025216.64- 050331.8的新的高质量光学和近红外光谱。通过使用镁II单历元维里方法，我们发现它的主机$\rm (1.39\pm0.16) \times10^{9} ~M_\odot$ SMBH在$λ_{\rm Edd}=0.7\pm0.1$的爱丁顿比吸积，与其他发光$z\sim 7$类星体中看到的值一致。此外，光谱的Ly $α$区域表现出强阻尼机翼吸收特征。在类星体光谱中没有相关的金属吸收，表明这种吸收是由中性IGM留下的。使用Davies等人开发的最先进的模型，我们在类星体寿命为$10^3\le t_{\rm Q}\le10^8$年的边缘化时，在68%（95%）的置信区间内测量到体积平均中性氢分数为$\langle x_{\rm HI} \rangle = 0.70^{+0.20}_{-0.23} (^{+0.28}_{-0.48})$的$z=7$。这是迄今为止使用再电离时代类星体光谱测量到的最高IGM中性分数。
2020-04-22 astro-ph.CO astro-ph.GA
Analytical Models of the Intergalactic Medium and Reionization
再电离是宇宙中的氢（和氦）被来自第一光源的辐射电离的过程。从理论上讲，再电离的重要性在于它与第一宇宙结构的形成密切相关，因此在模拟这一过程方面付出了相当大的努力。我们给出了一个教学概述不同的分析方法用于建模再电离。我们还讨论了不同的意见有关的再电离，并展示了如何使用它们来约束再电离的历史。
2009-04-29 astro-ph.CO
Identifying the Baryons in a Multiphase Intergalactic Medium
在本白皮书中，我们总结了当前在低红移下的重子普查观测结果（Shull，Smith，& Danforth 2012）。对Lya、O-VI和宽Lya吸收体的测量，加上对金属丰度和电离分数的更仔细的修正，现在可以解释星系际介质（IGM）中大约60%的重子。另外5 +/- 3%可能存在于环星系介质（CGM）中，7 +/- 2%在星系中，4 +/- 1.5%在星系团中。这仍然留下了相当大的一部分，29 +/-13%，下落不明。我们建议改进测量的重子在IGM和CGM的主要组成部分与未来的紫外和X射线摄谱仪。这些任务可以找到并绘制失踪的重子，星系形成和化学演化的燃料。
2012-08-15 astro-ph.CO
Cosmic Reionization on Computers: Statistical Properties of the Distributions of Mean Opacities
本文利用 CROC 模拟分析再电离时期星系际介质平均不透明度的统计分布，发现其在低红移与观测一致，但高红移分布过窄，印证模拟中再电离过早。
2025-03-13 astro-ph.CO
Turbulence production and turbulent pressure support in the intergalactic medium
利用网格流体动力学模拟方法研究了星系际介质中湍流的注入和演化，其中包括一个亚网格尺度（SGS）小尺度湍流模型。模拟结果表明，在团内介质（ICM）和暖热星系际介质（WHIM）中，湍流的产生具有不同的红移依赖性。我们发现，在ICM中的湍流主要是由合并引起的剪切流，而在WHIM的生产是由激波相互作用为主。其次，研究了动压支承对引力收缩的影响。在重子超密度为1 < delta < 100的WHIM气体中，这种湍流支持更强，与ICM的相关性较小。虽然具有大涡度的气体的相对质量分数是相当大的（52%的ICM），我们发现，只有约10%的质量，这是动态相关的，即不相关的一个同样大的热压力支持。根据这一结果，一个重要的非热压力支持抵消引力收缩是宇宙流中的局部特征，而不是广泛的特征。
2011-02-16 astro-ph.CO
Reionization of the Intergalactic Medium
在复合之后，宇宙气体处于冷的中性状态。然而，当第一批恒星和黑洞在早期星系系统中形成时，它们的紫外线和X射线辐射导致星系际气体逐渐相变，进入我们目前观察到的温暖和电离状态。这个过程被称为宇宙再电离。了解与星系和恒星形成有关的能量沉积如何塑造星系际气体的性质是当今宇宙学的主要目标之一。此外，再电离反作用于星系演化，决定了高红移星系群的许多特性，这些特性代表了我们目前发现宇宙的前沿。在这两节课中，我们提供了宇宙再电离和星系际介质的教学概述，以及这些领域中的一些开放性问题。
2014-09-17 astro-ph.CO
Constraints on Large-Scale Magnetic Fields in the Intergalactic Medium Using Cross-Correlation Methods
星系际介质中的大尺度相干磁场被认为在宇宙网的形成和演化以及大尺度反馈机制中起着关键作用。然而，它们在理论上是非常弱的，在纳米高斯范围内。为了寻找这些弱磁场的统计特征，我们在$z > 0.5$和$0.1 < z< 0.5$的大尺度结构的1742个射电星系的法拉第旋转测量之间进行了互相关，由1800万个光学和红外前景星系跟踪。在不确定度限度内未检测到显著相关信号。我们能够确定模型相关的$3 σ$上限的平行分量的平均磁场强度的灯丝在星系际介质的$\sim 30 \ \mathrm{nG}$之间的$1$和$2.5 \ \mathrm{Mpc}$的相干尺度，对应于一个平均上限RM增强$\sim 3.8 \ \mathrm{rad/m^{2}}$由于灯丝沿所有探测视线。这些上限与以前使用其他技术发现的上限是一致的。我们的方法可用于进一步约束星系际磁场与即将到来的未来无线电极化调查。
2021-03-22 astro-ph.CO
Infra-red emission line tomography of the intergalactic medium during the Epoch of Reionization
第一个主要的恒星形成星系和活动星系核将产生巴耳末和高阶扩展晕在再电离时代通过散射莱曼共振线光子周围的中性星系际气体。散射率的光学深度依赖性将产生对气体密度和速度波动都敏感的信号，从而提供探测年轻恒星形成星系周围的电离区和流场的可能性。讨论了使用天基望远镜探测红外线晕的要求，并评估了使用詹姆斯·韦伯太空望远镜上的可调滤波成像仪探测晕的可能性。
2012-01-26 astro-ph.CO
Measuring the equation of state of the high-z intergalactic medium using curvature statistics
利用流体动力学模拟，我们探索了利用曲率分布函数的平均值和平均值来恢复高$z$（$2 < z < 4$）星系际介质（IGM）的状态方程。我们发现，绝对曲率分布的平均值和平均值与在每个红移的各个特征超密度$\barΔ_i$处测得的温度密切相关。因此，它们提供了相同的基本温度-密度分布的互补探针，并且原则上可以用于同时恢复IGM有效状态方程的两个参数$T_0$和$γ$。我们量化的恢复参数$T_0$和$γ$从固有的散射特性的超密度和曲率测量的不确定性的相关误差。
2015-03-09 astro-ph.CO
Far-infrared emission from intergalactic medium in Stephan's Quintet revealed by AKARI
斯蒂芬五重奏（SQ，HCG 92）是用AKARI上的远红外探测器（FIS）在65，90，140和160 μ m的四个远红外（IR）波段观察到的。AKARI的SQ四波段图像显示了SQ星系际介质（IGM）中的远红外辐射。特别是，160微米波段的图像显示单峰发射，除了在140微米波段，H2发射和X射线发射中看到的沿激波脊在南北方向延伸的结构。虽然大部分的远红外辐射在冲击区来自冷尘埃成分，冲击动力[CII] 158微米的发射可以显着贡献的发射在160微米波段，显示出一个单一的峰值在冲击区。在激波区，观测到的气尘质量比与银河系一致。冷尘埃成分的色温（~20 K）低于周围星系的色温（~30 K）。我们讨论了星系际尘埃排放的可能来源。
2011-03-03 astro-ph.CO
The Opacity of the Intergalactic Medium Measured Along Quasar Sightlines at $z\sim 6$
我们公开发布了一个新的$34$中等分辨率类星体光谱的样本，在$5.77\leq z_{\rm em}\leq6.54$观测的Echellette摄谱仪和成像仪（ESI）的凯克望远镜。这个类星体样本代表了一个理想的实验室，研究星系际介质（IGM）在再电离时代的结束阶段，并限制相变的时间和形态。对于我们最高信噪比光谱的$23$子集（S/N $>7$，每个$10\,{\rm km\,s^{-1}}$像素），我们提出了一个新的测量莱曼- $α$（Ly $α$）森林不透明度跨越红移范围$4.8\lesssim z\lesssim6.3$。我们仔细地消除了光谱区域，这些区域可能会导致我们的测量偏差，这是由于类星体邻近区域的额外透射通量，或者由于沿视线的强干扰吸收系统引起的额外吸收。我们比较观察到的IGM不透明度与红移的演变预测从流体动力学模拟均匀的紫外线背景（UVB）辐射，以及两个半数值补丁再电离模型，一个波动的UVB和另一个波动的温度场。我们的测量结果表明，在$z\gtrsim5.0$的不透明度急剧上升，散射增加，从而支持一个空间不均匀的再电离过程的图片，与以前的工作一致。然而，我们在$5.3\lesssim z\lesssim5.7$测量的光学深度明显高于以前的研究，这降低了最高不透明度Gunn-Peterson槽和IGM的平均不透明度趋势之间的对比度，这可能会缓解一些以前注意到的这些测量…
2018-08-14 astro-ph.CO astro-ph.GA
Effective Opacity of the Intergalactic Medium from Galaxy Spectra Analysis
本文利用281个Lyman-Break Galerkin（LBG）在红移范围$2 \lesssim z \lesssim 3$内的合成光谱测量了星系际介质（IGM）的有效不透明度（$τ_{eff}$）。我们的光谱取自COSMOS Lyman-Alpha映射和层析观测（CLAMATO）调查，该调查来自W.M.上的低分辨率成像光谱仪（LRIS）。我是望远镜。我们在两个红移区间生成复合光谱，并将其与由简单恒星星族组成的光谱能量分布（SED）模型进行拟合。将这些SED模型外推到Ly $α$森林中，我们测量了$2.02 \leq z \leq 2.44$范围内的有效Ly $α$不透明度（$τ_{eff}$）。在$z = 2.22$中，我们通过对数据的幂律拟合来估计$τ_{eff} = 0.159 \pm 0.001$。这些测量结果与$z<2.5$类星体分析的估计一致，表明与规范化类星体连续体相关的系统误差并不重要。我们提供了一个高斯过程模型，我们的结果和以前的$τ_{eff}$测量，描述了从$z = 1.5 - 4$在$τ_{eff}$的陡峭的红移演化。
2020-05-22 astro-ph.CO
The heating rate of the Intergalactic Medium by Lyman-$α$ photon scattering
Institute for Astronomy, University of Edinburgh（爱丁堡大学天文研究所）；Royal Observatory of Edinburgh（爱丁堡皇家天文台）
研究星系际介质中中性氢温度与21厘米宇宙黎明射电吸收特征强度的关系，用数值解精确辐射传输方程计算高红移点源的莱曼-α光子加热效率，发现其比常用扩散近似计算的率小几倍。
2026-07-07 astro-ph.CO
Constraining the temperature-density relation of the intergalactic medium with the Lyman-$α$ and $β$ forests
星系际介质再电离后的热状态的特征在于温度和密度之间的幂律关系，其斜率由参数$γ$确定。我们描述了一种新的方法来测量$γ$在莱曼- $α$和$β$森林中使用的通量曲率的比率。在给定的红移下，这个曲率比包含了由莱曼- $α$和$β$吸收追踪的不同气体密度的信息。它是相对简单和快速计算，并出现对几个观测不确定性的鲁棒性。我们将这种技术应用到一个样本的27个高分辨率的类星体光谱从甚大望远镜。虽然有前途的统计误差$γ$似乎是可以实现的这些光谱，以达到其全部潜力，在前景莱曼- $α$森林的气体的热状态的曲率比的依赖性将需要进一步的，详细的正演模拟。
2015-11-07 astro-ph.CO
Metal abundances in the high-redshift intergalactic medium
20年来，8-10米级望远镜的高分辨率光谱学极大地扩展了我们对z>2宇宙中气相金属丰度的看法。这篇文章简要总结了这些研究如何揭示星系际介质中广泛的金属污染，在z~3处的中位丰度[C/H] ~ -3.5，从z~4.3到z~2.4增加了~2-3倍。在典型的星系晕密度较高的情况下，观测发现莱曼极限系统的金属丰度分布范围为5个数量级，从超太阳（[M/H]~+0.7）到原始（[M/H]< -4）气体云。最后，中性阻尼Ly-alpha系统被富集到[M/H] ~ -1.5的中值金属丰度，随着红移到z ~ 4.5而缓慢下降，在该点处，随着再电离的结束，它似乎更迅速地演变。
2013-12-18 astro-ph.CO
Thermal state of the intergalactic medium near to the optical limit for the Ly-$α$ forest
本文研究了$1.6 \leq z < 2.0$区域内星系际介质的温度-密度关系。为此目的，Ly- $α$森林分解成个人的吸收轮廓被用于研究35个公开可用的类星体光谱获得的紫外和视觉中阶梯光谱仪（UVES）的甚大望远镜（ESO）和高分辨率中阶梯光谱仪（HIRES）的凯克望远镜。为了确定$b - N_{HI}$分布中的热状态敏感截止位置，采用了迭代拟合过程。使用模拟Ly- $α$森林数据进行校准的测量产生的23个流体动力学模拟与不同的热历史。平均密度温度的值对应于各种模型预测的在较低红移处的下降趋势。在幂律指数的情况下，确定的值接近1.6，这是预期在所有再电离事件后，在各种模型假设的平衡的光加热与绝热冷却。
2021-05-17 astro-ph.CO
The intergalactic medium in the cosmic web
星系际介质（IGM）占所有时期重子的90%，但它在宇宙网中的三维分布仍然是未知的。之所以如此，是因为观察IGM主体的唯一可行方法是通过明亮背景源光谱中的介入吸收线系统，这将其表征限制为一维。尽管如此，通过将多个一维IGM信息与三维星系巡天相结合和交叉匹配，可以获得平均的三维图像。在这里，我们提出了我们最近和目前的努力，映射和表征IGM在宇宙网络中使用星系作为示踪剂的基本质量分布。特别是，我们总结了我们的研究结果：（一）IGM周围的恒星形成和非恒星形成星系;（二）IGM内和周围的星系空洞;（三）IGM在星系团间细丝。有了这些数据集，我们可以直接测试宇宙中重子物质结构形成和演化的现代范式。
2014-10-01 astro-ph.CO
Evidence of X-ray emission from the Warm Hot Intergalactic Medium
本研究通过对XMM-Newton和eROSITA数据进行功率谱分析，首次高置信度间接探测到来自温热星系际介质的X射线辐射，填补了宇宙大尺度结构演化图景的关键空白。
2023-07-26 astro-ph.CO
Do Cosmic Rays Heat the Early Intergalactic Medium?
宇宙射线（CR）控制着现今星系的能量，并且可能在再电离时期也扮演了关键角色。特别是，第一颗超新星加速的低能（$E \lesssim 10$ MeV）CR的能量沉积，可能在中性星系际介质（IGM）（$z \approx 20$）被重新电离之前就已经加热并电离了它，这大大增加了X射线或暗物质湮灭的类似效应。使用一个简单的，但物理动机的再电离模型，和CR能量损失的彻底实施，我们表明，CR有助于IGM电离可以忽略不计，但加热它大幅提高其温度由$ΔT=10-200$ K由$z=10$，取决于CR注入光谱。这IGM预热是否是均匀的或群集周围的第一个星系取决于CR扩散，反过来又取决于自约束的效率，由于等离子体流的不稳定性，我们详细讨论。这方面是至关重要的，以解释未来的HI 21厘米的观测，可用于获得独特的信息，早期星系间磁场的强度和结构，和CR加速的效率的第一个超新星。
2017-03-27 astro-ph.CO
Quasar Radiative Feedback May Suppress Galaxy Growth on Intergalactic Scales at $z = 6.3$
Steward Observatory, University of Arizona（亚利桑那大学斯图尔德天文台）；School of Earth and Space Exploration, Arizona State University（亚利桑那州立大学地球与空间探索学院）；Augustana Campus, University of Alberta（阿尔伯塔大学奥古斯都校区）；MIT Kavli Institute for Astrophysics and Space Research（麻省理工学院卡弗里天体物理学与空间研究研究所）；Department of Physics, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院物理系）；Center for Frontier Science, Chiba University（千叶大学前沿科学中心）；Department of Physics, University of Oxford（牛津大学物理系）；Department of Astronomy, Tsinghua University（清华大学天文系）；Division of Particle and Astrophysical Science, Nagoya University（名古屋大学粒子与天体物理科学分部）；Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge（剑桥大学卡弗里宇宙学研究所）；Cavendish Laboratory - Astrophysics Group, University of Cambridge（剑桥大学卡文迪许实验室天体物理组）；Department of Physics and Astronomy, University College London（伦敦大学学院物理与天文系）；AURA for the European Space Agency (ESA), Space Telescope Science Institute（欧洲航天局（ESA）授权机构AURA，太空望远镜科学研究所）；Department of Astronomy, University of Michigan（密歇根大学天文系）
研究发现类星体辐射抑制了附近星系的近期恒星形成，表明快速H2光解离可能解释了其辐射反馈作用。
2025-11-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
Fast Radio Bursts as Probes of Magnetic Fields in the Intergalactic Medium
我们研究了河外线偏振快速射电暴（FRB）的色散测度（DM）和法拉第旋转测度（RM）可以用来探测星系丝中的星系际磁场（IGMF）的建议。通过宇宙网的DM主要由来自丝中的温热星系际介质（WHIM）和来自空隙中的气体的贡献。另一方面，在星系团中，RM主要由热介质引起，只有一小部分是在WHIM中产生的。我们表明，如果排除FRB的视线通过星系团，在灯丝，$B_{||}$，IGMF的视线强度约为$C(\langle 1+z \rangle/f_{DM})(RM/DM)$，其中$C$是一个已知的常数。在这里，FRB的红移不需要知道; $f_{DM}$是由于WHIM导致的总DM的分数，而$\langle 1+z \rangle$是由WHIM气体密度加权的干涉气体的红移，这两个都可以通过FRB的DM来评估给定的宇宙学模型。使用数据的结构形成模拟和模型IGMF，我们表明，$C(\langle 1+z \rangle/f_{DM})(RM/DM)$密切再现密度加权线的视线强度的IGMF的丝的大尺度结构。
2016-05-07 astro-ph.CO
Towards a Unified Description of the Intergalactic Medium at Redshift z~2.5
我们检查了最近对z~2.5星系际介质（IGM）的测量，这些测量将HI频率分布f（N）和平均自由程MFP约束到电离辐射。我们认为，线混合和集群的强吸收线系统，导致以前的作者系统地高估了有效的莱曼极限不透明度，产生太小的MFP的IGM。我们进一步表明，最近发表的测量f（N）在log NHI ~ 16存在强烈的分歧，这意味着低估了样本方差和/或系统学（如线饱和度）的不确定性。考虑到f（N）测量的较大不确定性，本文提出了一种新的三次Hermite样条函数f（N）模型，该模型在随机分布吸收系统的假设下，合理地满足了所有的观测约束。然而，我们警告说，这种形式主义是无效的光吸收集群和使用玩具模型来估计的影响。未来的工作必须适当地考虑IGM的非泊松性质。
2014-01-20 astro-ph.CO
A complete 3D numerical study of the effects of pseudoscalar-photon mixing on quasar polarizations
我们提出的三维模拟的结果，类星体偏振的赝标量光子混合存在的星系际介质。假设星系际磁场在波矢空间是不相关的，但在实空间是相关的。这样一个场，如果它的起源是原始的，就可以得到。此外，我们假设，类星体，位于宇宙学距离，有可忽略的初始偏振。在赝标量光子混合的存在下，我们表明，通过与观测的直接比较，这可以解释大爆炸宇宙学框架内观察到的类星体极化的大尺度排列。我们发现，模拟结果给出了一个相当好的拟合观测数据。
2012-03-15 astro-ph.CO hep-ph
Gamma-ray induced cascades and magnetic fields in intergalactic medium
利用蒙特卡罗模拟方法研究了多TeV γ射线与宇宙学红外/光子背景相互作用在星系际介质中引发的三维电磁级联。级联中的次级电子在被宇宙微波背景辐射光子散射之前被星系际磁场偏转。这导致了在银河系外极高能伽马射线源周围的多GeV和TeV能量的0.1-10度尺度的辐射。一般来说，扩展发射的形态取决于星系际介质中磁场的性质。利用Monte-Carlo模拟数据，我们证明了扩展源的尺寸随能量的增加而减小，如果存在于大尺度结构的空洞中，则可以测量到幅度在<1 e-16 G到1 e-12 G范围内的弱磁场。
2009-03-21 astro-ph.CO astro-ph.HE
X-ray ionization of the intergalactic medium by quasars
我们用辐射传输程序\texttt{CRASH4}研究了类星体对周围星系际介质电离的影响。在与解析解比较后，我们对一个包含类ULAS J1120+0641的宇宙体（$ \approx 1.5\times 10^4$ Mpc $^3 h^{-3}$）进行了后处理，类ULAS J1120+0641的类星体被一个$5 \times 10^{11} {\rm M}_\odot h^{-1}$暗物质晕所包围。我们发现：（一）平均HII区域（$R\sim3.2$ ~pMpc在寿命$t_f = 10^7$ ~yrs中）主要由UV通量设定，与半解析标度关系一致;（ii）在很大程度上中性的（$x_{\textrm{HII}} < 0.001$），温热（$T\sim 10^3$ ~K）尾在电离锋外延伸了几个Mpc，这是X射线通量的结果;（iii）LyC不透明的不均匀性诱导$R$中的视线（LOS）散射高达几个物理Mpc，与DLA方案一致，提出解释ULAS J1120+0641电离区域的异常大小。另一方面，与电离率$\dot{N}_{γ,0} \sim 10^{57}$ ~s $^{-1}$，假设的DLA集群和气体不透明度，只有一个LOS显示HII区与观察到的兼容。我们推断，要么类星体的电离率至少低一个数量级，要么ULAS J1120+0641亮相比$10^7$ ~ yrs短。
2018-05-29 astro-ph.CO astro-ph.GA physics.atom-ph
Lyman-alpha emitters in a cosmological volume II: the impact of the intergalactic medium
在不久的将来，星系巡天将瞄准莱曼α发射星系（LAE），以揭示暗能量的本质。有人认为LAEs的可观测性与星系际介质的大尺度性质相耦合。这种耦合可能会对观察到的地方经济实体的聚类造成扭曲，给即将进行的调查的解释增加新的潜在困难。我们提出了一个LAEs模型，该模型包含了星际和星系间介质中的莱曼-α辐射转移过程。该模型已在星系形成和演化的GALFORM半解析模型中实现。我们发现星系内部的辐射转移对星系性质产生选择效应。特别是，观测到的LAE往往具有低金属丰度和中等恒星形成率。在低红移，我们没有发现LAEs的空间分布和星系际介质的属性之间的相关性的证据。然而，在高红移的LAEs与视线速度和星系际介质的密度梯度。耦合的强度取决于星系的外流性质和红移。这种效应修改了大规模LAE的聚类，增加了非线性特征。特别是，我们的模型预测修改的形状和位置的重子声学振荡峰。这项工作突出了包括辐射转移物理在LAEs的宇宙学分析的重要性。
2020-01-23 astro-ph.CO astro-ph.GA
Three- and two-point spatial correlations of intergalactic medium at $z\sim 2$ using projected quasar triplets
我们目前的两个和三个点的相关函数的Ly $α$森林（在$2\le z\le 2.5$）的分析使用的X-射手光谱的三个背景类星体三胞胎探测横向分离0.5-1.6 pMpc。我们目前的统计数据的基础上确定使用Voigt轮廓拟合传输通量和云。我们表明，所观察到的两点，三点相关函数和减少三点相关（即Q）很好地再现了我们的模拟。我们分配的概率，同时使用我们的模拟实现所有观察到的相关性。我们的模拟表明，增加相关幅度和Q与增加$N_{\rm HI}$。我们在观察中也大致看到了这一趋势。我们在其中一个三联体中鉴定出17 $\mathring{A}$（即14.2 $h^{-1}$ cMpc，报告的最长之一）宽的并发缺口。这样的间隙只在我们模拟的视线中的14.2%中实现，并且大部分时间属于物质分布中的空隙。在第二个三联体中，我们在一个窄的红移间隔（即$Δz = 0.088$）内沿所有三个视线（空间间隔为0.64至1.6 pMpc）检测到DLA。探测到一个前景类星体（距离三重态视线$\sim$ 1 pMpc）和这些DLA周围的过量部分莱曼极限系统表明，我们可能正在探测一个大的过密区域。我们还报道了仅在纵向上与$\sim 500$ $km s^{-1}$的正CIV- CIV相关性。此外，我们得出结论，在横向和纵向上，对于高达$\sim 1000$ $km s^{-1}$的尺度的更高的$N_{\rm HI}…
2019-07-03 astro-ph.CO astro-ph.GA
Sensitivity of gamma-ray telescopes for detection of magnetic fields in intergalactic medium
我们探讨了当前和下一代伽马射线望远镜探测星系际介质中弱磁场的潜力。我们证明，使用两种互补的技术，观察点源周围的扩展发射和观测伽玛射线耀斑的时间延迟，将能够探测大部分的宇宙学和天体物理学有趣的部分“磁场强度“与“相关长度”参数空间。这意味着费米望远镜和地面切伦科夫望远镜的伽马射线观测将允许（a）强烈约束星系和星系团中磁场起源的理论，（b）发现、约束或排除早期宇宙演化不同阶段产生的弱原始磁场的存在。
2009-10-10 astro-ph.CO astro-ph.HE
An Improved Treatment of Cosmological Intergalactic Medium Evolution
星系形成和再电离是现代宇宙学的两个核心问题，其建模依赖于对星系际介质（IGM）的精确跟踪。不幸的是，由于这种介质的复杂性质，控制其电离状态和温度的微分方程只是近似的。在本文中，我们改进了这些主方程。我们推导出新的表达不同的复合非均匀IGM阶段，包括所有相关的电离/重组和冷却/加热机制，考虑到流入/流出/从晕，并使用更准确的重组系数。此外，为了更好地计算方程中的源函数，我们提供了一个分析程序，用于计算电离环境中的晕质量函数，占由于其环境的电离状态的偏差。这样一个改进的处理IGM演变的一部分，一个完整的现实模型的星系形成提出的其他地方。
2015-02-16 astro-ph.CO astro-ph.GA
From the Intergalactic to the Interstellar Scales -- EQUALS: a High-resolution Legacy Survey of Gas in the Distant Universe Using ESPRESSO
Camosun College（卡莫森学院）；INAF–Trieste Astronomical Observatory（意大利国家天体物理研究所的里雅斯特天文台）；University of Chile（智利大学）；University of Trieste（的里雅斯特大学）；INAF–Padua Astronomical Observatory（意大利国家天体物理研究所帕多瓦天文台）；Hamburg University（汉堡大学）；University of Hertfordshire（赫特福德大学）；IAP, Paris（巴黎天体物理研究所）；ESO（欧洲南方天文台）；SISSA（国际高等研究学院）；Durham University（杜伦大学）
EQUALS利用ESPRESSO高精度光谱观测，研究遥远宇宙中气体分布，以揭示宇宙演化过程及暗物质性质。
2025-12-05 astro-ph.CO astro-ph.GA
Probing Large-scale UV Background Inhomogeneity Associated with Quasars using Metal Absorption
我们研究了与高红移类星体种群相关的三维大尺度紫外背景不均匀性。我们这样做是通过测量金属吸收通过类星体吸收光谱叠加作为一个函数的距离最近的类星体在SDSS-IV/eBOSS上10秒的共同移动megaparsec尺度。我们研究了星系际介质吸收体和混合环星系介质吸收体以及O VI、C IV、Si IV和Si III中的探测吸收。在$2.4<z<3.1$的类星体附近可以看到总体上更强的高电离物质吸收。O VI吸收显示出特别强烈的变化，在某些情况下，C IV的影响是明显的，而Si III和Si IV的影响更小。我们进一步研究了$2.05<z<2.4$（随着时间的推移增加均匀性的微弱迹象），并探讨了金属吸收作为综合SDSS-r带通量类星体通量的函数的研究（产生一致但不太重要的结果）。虽然金属吸收确实显示出对大规模3D类星体接近的敏感性，但目前不完整的类星体样本限制了详细的解释。然而，这项工作确实表明，紫外线背景不均匀性存在于与类星体相关的几十秒的同动megaparsec尺度上，并且可以通过检查星系际介质中的金属吸收来精确测量。
2020-12-01 astro-ph.CO astro-ph.GA
Energy dissipation of energetic electrons in the inhomogeneous intergalactic medium during the epoch of reionization
研究了宇宙再电离时期非均匀星系际介质中高能电子随时间的能量耗散。除了原子过程之外，我们还考虑了电子在漫画微波背景（CMB）光子上的逆康普顿（IC）散射，这是能量超过几MeV的电子的能量损失的主要通道。我们证明：（1）对IGM的影响既有局部的，（原子过程）和非局部（2）氢离子和氦离子电离的能量分布依赖于初始电子能量，（3）局域重子过密度显著影响能量在各通道中的分布;（4）在宇宙再电离时期，原子截面的相对论效应变得重要。我们将代码作为开源发布，供社区进一步修改。
2016-04-18 astro-ph.CO astro-ph.HE
A New Constraint on the Simulation of the Intergalactic Medium through the Evolution of the Neutral Hydrogen Fraction in the Epoch of Reionization
本研究利用21cmFAST模拟星系际介质，通过比较不同初始条件下中性氢分数演化与观测数据，排除了大量模型，仅保留少数高精度符合观测的模拟，从而对热历史关键参数施加新约束。
2023-06-22 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Deep Forest: Neural Network reconstruction of intergalactic medium temperature
我们探索使用深度学习来从高红移Lyman-alpha森林中的透射通量推断星系际介质的温度。我们训练神经网络上的模拟光谱集红移z = 2 - 3宇宙流体动力学模拟的输出，包括高温区添加在后处理近似气泡加热氦II再电离。我们评估如何训练的网络能够重建的温度从模拟输入莱曼α森林吸收光谱的多普勒展宽的影响。我们发现，对于具有高分辨率（10 km/s像素）和中等信噪比（20 - 50）的光谱，神经网络能够很好地重建在6 Mpc/h尺度上平滑的IGM温度。集中在不连续性，我们发现，可以相当容易地检测和表征宽度为25 Mpc/h和温度为20，000 K的高温区域。我们展示了一个例子，其中多个视线相结合，产生热气泡的断层图像。深度学习技术可能有助于我们理解氦再电离前后星系际介质的复杂温度结构。
2021-12-10 astro-ph.CO astro-ph.GA
Effect of non-equilibrium ionization on derived physical conditions of the high-$z$ intergalactic medium
非平衡电离效应在宇宙学流体动力学模拟中很重要，但计算量很大。利用电离和温度演化程序（CITE）研究了不同类星体光谱能量分布（SED）产生的非平衡电离演化和紫外电离背景（UVB）对$2\leq z \leq 6$星系际介质（IGM）物理条件的影响。CITE产生的结果匹配以及自洽模拟更有效。与平衡模型相比，非平衡模型中的HeII再电离过程进行得更快。HeII再电离的红移强烈地依赖于类星体的SED，并且在类星体SED较平坦的UVB模型中发生得更早。在这个时期，温度-密度关系的归一化，$T_0(z)$，有一个最大值，而斜率，$γ(z)$，有一个最小值，但发生在不同的红移。$T_0$是更高的非平衡模型中使用UVB获得较平坦的类星体的SEDs。虽然我们的模型产生的观察到的中位数HeII有效的光学深度的演变和分散的平衡和非平衡的考虑，解释所观察到的累积分布，我们可能需要考虑波动的UVB。对于一个给定的UVB模型，由HI有效光学厚度（$τ_{\rm eff,HI}$）导出的HI光电离率对平衡模型和非平衡模型的红移依赖性是不同的.这可能导致对源的电离发射率演化的不同要求。我们发现，在没有强大的压差平滑效应，它是可能的恢复$T_0$和$γ$实现非平衡模型从平衡模型产生的重新缩放的光加热速率，同时产生相同的$τ_{\rm eff,HI}$。
2019-09-26 astro-ph.CO astro-ph.GA
Probing First Galaxies and Their Impact on the Intergalactic Medium through the 21-cm Observation of the Cosmic Dawn with the SKA
本文综述了高红移恒星和X射线源形成的理论，以及它们对21厘米背景的影响。主要焦点是在宇宙黎明时的莱曼α泵浦和X射线加热机制，通过在21厘米背景中产生相当大的波动，为高红移天体物理学打开了一个新的观测窗口。我们描述了观测前景的功率谱分析和三维层析成像（成像）的签名，这些早期天体物理源SKA 1-LOW和SKA 2。
2015-01-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
Probing the Intergalactic Medium with Fast Radio Bursts
最近发现的可能起源于河外的快速射电暴（FRB）有可能成为探测星系际介质（IGM）的有力工具。我们指出一些这样的潜在应用。给出了色散测度和转动测度随红移的表达式，并讨论了它们对HeII再电离和IGM磁场的敏感性。最后，我们计算了微透镜效应从一个孤立的，银河系外的恒星质量的紧凑的物体上的FRB光谱。两个透镜图像之间的时间延迟将引起相长干涉和相消干涉，在FRB的光谱上留下特定的印记。由于全天速率高，预计FRB的大统计样本将使这些应用可行。
2015-12-28 astro-ph.CO astro-ph.HE
Metals in the z~3 intergalactic medium: results from an ultra-high signal-to-noise ratio UVES quasar spectrum
在这项工作中，我们调查的丰度和分布的星系际介质（IGM）在$\langle z \rangle \simeq 2.8$通过分析的超高信噪比UVES光谱的类星体HE 0940 -1050。在CIV森林中，我们的深谱在$3\,σ$对列密度低至$\log N_{\rm CIV} \simeq 11.4$的谱线敏感，并且在考虑的红移范围的60%中低至$\simeq11.1$。在我们的样品中，所有含$\log N_{\rm HI} \ge 14.8$的HI系均显示出相关的CIV吸收。在$14.0 \le \log N_{\rm HI} <14.8$范围内，43%的HI谱线具有相关的CIV吸收。在$\log N_{\rm HI} < 14.0$中，检测率下降到$<10$ %，这可能是由于我们的灵敏度限制，而不是由于气体丰度特性的实际变化。在$\log N_{\rm HI} \ge 14$的范围内，我们观察到一个分数的HI线与检测到的CIV的一个因素的2比分数的HI线躺在环银河系介质（CGM）的相对明亮的莱曼break星系托管的暗物质晕与$\langle M\rangle \sim10^{12}$ M $_{\odot}$。我们的结果与光电离模型的网格和两个宇宙学模拟的输出的比较意味着IGM气体富集到金属丰度$\log Z/Z_{\odot} \ge -3$的体积填充因子应该是$\sim 10-…
2016-09-13 astro-ph.CO astro-ph.GA
