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
The Contribution of Supernovae to Cosmic Reionization
虽然恒星被广泛讨论为使宇宙再电离的高能光子的来源，但在这种情况下，另一个电离光子的来源也必须有助于再电离，这是标志着大质量恒星生命结束的超新星（SNe）。在这里，我们估计SNe和恒星的相对贡献，再电离。虽然电离光子在SN冲击中产生的速率远低于它们由恒星产生的速率，但从SNe发射的辐射的较硬光谱导致SN产生的光子相对于恒星光子的逃逸分数增强。特别是，沿着星系外给定的视线，我们发现当中性氢柱密度N_H >~10^18 cm^-2时，SNe对再电离的贡献大于恒星。利用文献中的模拟结果，我们发现，整体（视线平均）SNe冲击产生的电离光子逃逸分数大于恒星光子逃逸分数的一个因素的\simeq 4到\simeq 7，取决于金属丰度的恒星星族。总的来说，我们的研究结果表明，SNe的效果是提高了约10%的恒星源再电离的氢的分数。我们简要地讨论了我们的研究结果的人口负责星系再电离的影响。
2011-11-08 astro-ph.CO
Non-parametric Reconstruction of Photon Escape Fraction from Reionization
针对恒星形成星系光子逃逸分数红移演化缺乏共识的问题，首次利用Gaussian Process Regression方法从数据驱动模型中非参数重建其随红移的变化，发现其演化温和，并指出该方法将借助JWST观测对逃逸分数施加最严格约束。
2023-05-20 astro-ph.CO astro-ph.GA
The THESAN project: ionizing escape fractions of reionization-era galaxies
再电离宇宙的一个基本要求是，星系发射的电离光子中有足够的一部分成功地逃逸到星系际介质中。然而，由于高红移观测数据的缺乏，驱动再电离的来源仍然不确定。在这项工作中，我们计算电离逃逸分数（$f_{\rm esc}$）的再电离时代的星系从国家的最先进的THESAN模拟，它结合了一个准确的辐射流体动力学求解器AREPO-RT与久经考验的IllustrisTNG星系形成模型，以自洽地模拟小尺度的星系物理和大尺度的再电离在整个宇宙的大片（$L_{\rm box} = 95.5\,\rm cMpc$）。这使得许多大质量晕（$M_{\rm halo} \gtrsim 10^{10}\,{\rm M_{\odot}}$）的形成，这在以前的研究中往往是统计上代表性不足，但被认为是重要的，以实现快速再电离。我们发现，低质量星系（$M_{\rm stars} \lesssim 10^7\,{\rm M_{\odot}}$）是$z \gtrsim 7$以上的再电离的主要驱动力，而高质量星系（$M_{\rm stars} \gtrsim 10^8\,{\rm M_{\odot}}$）在较低的红移占主导地位的逃逸电离光子预算。晕逃逸分数的变化降低了更高质量的晕，这可以从更稳定的银河系结构，SFR稳定性，以及每个晕内的视线分数显着贡献逃逸通量来理解。我们表明，尘埃是能够减少逃逸分数的大质量星系，但对全球$f_{\…
2023-01-31 astro-ph.CO astro-ph.GA
Escape Fraction of Ionizing Radiation from Starburst Galaxies at High Redshifts
最近的数据表明，宇宙紫外发射率下降，减少红移z附近的再电离结束。由于缺乏早期恒星质量非常大的证据，这可能意味着z > 6的星系电离辐射的质量平均逃逸分数随时间而下降<fesc>。我们计算了暗物质晕中电离锋的演化，其中暗物质晕中的气体在其冷却温度底（氢原子的T~10^4 K）处于流体静力平衡。我们发现，只有在恒星形成效率f_star > 10^-3的情况下，质量最低的晕（在（1+z）=10时，M<10 ^8.7 Msun）才会有较高的逃逸分数。由于低质量星系群会因辐射反馈而耗尽，我们发现<fesc>在再电离过程中，它确实会随着时间的推移而减少。
2012-12-27 astro-ph.CO
Dark-ages reionization and galaxy formation simulation -- XXI. Constraining the evolution of the ionizing escape fraction
本研究利用Meraxes半解析模型与贝叶斯方法，联合高红移星系观测及再电离历史约束，得出电离光子逃逸率随晕和恒星质量转变，并确认低质量星系主导再电离。
2023-12-07 astro-ph.CO astro-ph.GA
Cosmic reionization of hydrogen and helium: contribution from both mini-quasars and stars
在$z>6$对高红移星系的观测表明，它们的电离辐射率不能完全反射$z\sim 6$的宇宙。无论是从这些星系的电离光子逃逸分数高或大量的微弱的星系低于检测限的人口是必需的。然而，这些要求与目前的意见有些矛盾。在这项工作中，我们探索了小型类星体和恒星对宇宙氢和氦再电离的共同贡献。我们的模型与以下结果基本一致：（1）观测星系电离光子的低逃逸率，（2）WMAP-7测量的宇宙微波背景光（CMB）光学厚度，（3）分别在$z\approx 6$和$z\approx 3$的氢和氦再电离末端的红移。在这种情况下，既不需要极高的逃逸分数，也不需要大量的暗星系。在我们最乐观的模型中，超过$\sim20\%$的宇宙氦被$z\sim6$再电离，并且宇宙氦的电离分数迅速攀升到超过$z\sim5$的$50\%$。这些结果可能意味着，更好地测量氦的再电离，特别是在高红移下，可能有助于限制早期宇宙中中等质量黑洞（IMBHs）的生长，这将为超大质量黑洞（SMBHs）的形成提供一些线索。
2015-05-15 astro-ph.CO
The First Billion Years Project: The escape fraction of ionizing photons in the epoch of reionization
在低质量暗物质晕中形成的原星系被认为提供了重建宇宙所需的大部分电离光子，因为它们的电离光子逃逸率很高。我们研究如何在高红移星系逃逸分数涉及到的星系形成的晕的物理性质，通过计算逃逸分数超过75000晕之间的红移27和6，提取的第一个十亿年项目，高分辨率宇宙流体动力学模拟星系形成。我们发现，逃逸分数的主要约束是在半径为10 pc的恒星星族周围的气体柱密度，造成了强烈的质量依赖的逃逸分数。在维里质量低于1e8太阳质量的晕中，较低的势阱导致低的柱密度，可以被年轻恒星（年龄<500万年）的辐射穿透。在维里质量超过1e8太阳质量的晕中，超新星反馈是重要的，但在这个质量范围内，只有30%的晕的逃逸分数高于1%。我们发现了一个大范围的逃逸分数晕具有相似的属性，所造成的不同分布的致密气体的晕。这使得它很难预测的基础上的晕属性的逃逸分数，并在一个高度各向异性的逃逸分数的结果。强烈的质量依赖性，大的扩散和大的各向异性的逃逸分数可能会强烈影响再电离的拓扑结构，是目前的宇宙再电离模型应该努力考虑。
2015-07-08 astro-ph.CO astro-ph.GA
CANDELS: The Contribution of the Observed Galaxy Population to Cosmic Reionization
我们目前的特定紫外光光度密度的测量，从483个星系的样本在6<z<8。这些星系是从CANDELS，HUDF 09和ERS计划的新的深近红外HST图像中选出的。与大多数以前的分析，假设星系紫外线（UV）光度的分布遵循Schechter分布，并继续分布到远低于我们的可观测极限的光度相反，我们调查的贡献，我们可以观察到的星系，从这些假设。我们发现，在z=6时，如果平均电离光子逃逸分数（fesc）为~ 30%，则可观测的星系群可以维持一个完全再电离的IGM。许多先前的研究已经测量了这些红移变化5倍的紫外光光度密度，许多人得出结论，星系无法在z=6时完成再电离，除非调用大量比检测极限更暗的星系，或者存在极高的f_esc值。从我们观测到的星系样品在z=7-8的UV光度密度是不足以维持一个完全再电离的IGM，除非f_esc> 50%。结合我们的观测结果和来自Ly-alpha森林观测的电离光子发射率的约束条件，如果观测到的星系是再电离的唯一贡献者，我们可以将f_esc约束为<34%（2-sigma），或者如果光度函数扩展到M_UV =-13，则f_esc约束为<13%（2-sigma）。这些逃逸分数足以在z=6时完成再电离。这些限制意味着IGM的体积电离分数在z>7时变得小于1，这与许多互补的再电离探针一致。如果微弱的星系主导再电离，未来的JWST观测将探测到足够深的地方来看到它们，从而对电离光子…
2012-06-06 astro-ph.CO
The Late Reionization of Filaments
我们使用精确的三维辐射转移计算后处理宇宙流体动力学模拟输出的再电离拓扑结构。在我们的模拟中，再电离开始于过密区域，然后直接“泄漏”到空隙中，灯丝最后再电离，这是由于它们的高复合率和低发射率的组合。这一结果取决于我们对恒星形成和反馈的处方所预测的有偏差的发射率场，这些处方先前已被证明可以解释再电离后宇宙的广泛测量。它对我们选择的模拟体积，电离逃逸分数和空间分辨率具有定性的鲁棒性（事实上，它在更高的空间分辨率下变得更强），即使精确的重叠红移对这些都很敏感。然而，它稍微减弱逃逸分数的增加，由于在较高的红移密度对比度降低。我们还探讨了我们的结果是否对常用的近似敏感，例如使用光学薄爱丁顿张量或大幅改变光速。这样的近似并不定性地改变再电离的拓扑结构。然而，他们可以系统地移动重叠红移高达$Δz\sim 0.5$，表明精确的辐射转移是计算再电离必不可少的。我们的模型不能同时再现所观察到的光学厚度汤姆逊散射和电离率每个氢原子在$z=6$，这可能是由于数值效应和/或失踪的早期电离源。
2009-08-11 astro-ph.CO
On the Evolution of the Cosmic Ionizing Background
我们研究所观察到的宇宙电离背景的约束的性质的来源负责宇宙的再电离。在早期的工作中，我们发现，在固定的莱曼连续谱光子逃逸分数的莱曼Break Galerkin（LBG）的紫外光光度函数（LF）的外推是不能够再现的红移演化的这种背景。在这里，我们采用外推的高Z LF描述的贡献的LBG的电离光子速率，考虑到平滑的重子扰动，由于背景本身（即过滤质量），以及可能急剧增加的逃逸分数在矮星系。在LBG对宇宙再电离的主要贡献的假设下，我们的结果表明，比当前观测极限更暗的源的特征应该是逃逸分数约为0.1-0.3（大于当前对亮星系的估计），以解释z>6的再电离和宇宙电离背景的测量演化。类星体对背景的贡献在z<3时是相关的。总的来说，我们的研究结果支持在静止帧紫外线中专门观测微弱星系的情况，以便更好地确定它们的物理特性。观测到的逃逸分数超出我们提出的范围承担相关后果的性质负责宇宙再电离和/或其建设过程的天体物理源。
2013-12-02 astro-ph.CO
SPICA as a probe of cosmic reionization
目前的数据表明宇宙的再电离是在红移z~6-7时完成的，虽然这个过程的来源还没有被确定，但恒星形成星系通常被认为是最有可能的候选者。然而，z>6星系对宇宙再电离的贡献主要取决于从这些物体逃逸到星系际介质中的电离（莱曼连续统，LyC）光子的比例。在z<4时，逃逸的LyC通量可以直接测量，但中性星系际介质的不透明度排除了在更高红移时的测量。在最近的一篇论文中，我们认为，由于LyC逃逸分数调节星云发射的贡献，星系的静止帧光学/紫外光谱，詹姆斯韦伯太空望远镜应该能够间接评估星系在z~6-9的LyC逃逸分数。另一方面，JWST不能限制直接被尘埃吸收的LyC光子的比例，这就是SPICA的作用。在z=6的引力透镜LyC泄漏的尘埃连续辐射原则上可以用SPICA检测到，从而限制了这些物体中LyC消光的水平。
2013-10-08 astro-ph.CO
Cosmic Reionization History and Dark Matter Scenarios
我们进行了分析的宇宙再电离的标准冷暗物质（CDM）的范例和替代暗物质的情况下。在Corasaniti等人（2017）的工作基础上，我们预测了CDM的再电离历史，对于温暖的暗物质（WDM），晚期形成的暗物质（LFDM）和超轻轴子暗物质（ADM）模型，这些模型重现了在非常高的红移$6\le z\le 10$下星系光度函数的最新测量。为此，我们采用了一个再电离模型参数化的限制紫外星系的大小有助于再电离$M_{\rm lim}$和平均有效逃逸分数的紫外光子到达星系际介质$\tilde{f}$。对于每个DM模型，我们计算的红移演化的汤姆逊散射光学厚度$τ_e(z)$和共动电离分数$Q_{\rm HII}(z)$。我们发现不同的DM模型有相似的再电离历史。相对于CDM的情况下的差异增加在较弱的限制UV-幅度和退化的影响，改变再电离模型参数。使用普朗克的集成光学深度的测定结合测量的中性氢分数在不同的红移，我们推断的约束$\tilde{f}$和$M_{\rm lim}$。结果在很大程度上是独立的假设DM的情况下，特别是对于$M_{\rm lim}\gtrsim -13$，我们得到的有效逃逸分数位于范围$0.07\lesssim \tilde{f}\lesssim 0.15$在$2σ$。
2019-01-21 astro-ph.CO
The physics of Reionization: processes relevant for SKA observations
在再电离时期发射的21厘米信号的局部强度将由SKA映射，由中性氢的量调制。因此，了解星系际介质（IGM）的再电离过程对于预测和解释即将到来的观测至关重要。在介绍了有关再电离过程的基本物理和最有意义的量之后，我们将回顾我们对原始星系中电离光子的产生和逃逸以及它们在IGM特别是所谓的minihalos和Lyman极限系统中的吸收的理解的最新进展。
2015-01-19 astro-ph.CO
Semi-analytic forecasts for JWST -- IV. Implications for cosmic reionization and LyC escape fraction
在低质量晕中形成的星系束被认为是大爆炸后最初10亿年内宇宙再电离的主要原因。然而，这些晕在附近宇宙中形成恒星的效率极低。在这项工作中，我们解决这个明显的紧张局势，并询问是否物理动机模型的星系形成，再现了观测到的丰富的微弱星系在附近的宇宙也是一致的再电离历史上的观测约束。通过接口的圣克鲁斯半解析模型的星系形成与分析再电离模型，我们构建了一个计算效率高的管道，连接“地面水平”的星系形成物理学的“顶级”宇宙尺度观测。根据预测到$z=15$的星系群的光度特性，我们计算了星系际氢的再电离历史。我们量化的三个简并量，影响总的电离光子预算，包括星系的丰度，电离光子的内在生产率，和LyC逃逸分数。我们探索这些数量之间的协方差使用马尔可夫链蒙特卡罗方法。我们发现，我们的本地校准的模型是一致的，与所有目前可用的约束条件的再电离历史，合理的假设下的LyC逃逸分数。我们量化了不同光度的星系贡献的电离光子的比例，发现JWST NIRCam宽和深调查中预计将被检测到的星系负责产生整个EoR的电离光子的$\sim 40$ - $80\%$。这项工作中提出的所有结果都可以在https://www.simonsfoundation.org/semi-analytic-forecasts-for-jwst/上获得。
2020-06-18 astro-ph.CO astro-ph.GA
Winds of change: reionization by starburst galaxies
我们利用EAGLE（Evolution and Assembly of Galeries and their environments）宇宙流体动力学模拟研究了导致宇宙再电离的星系的性质以及宇宙再电离的历史。假设当恒星形成的局域表面密度大于$0.1$ M $_\odot$ yr $^{-1}$ kpc $^{-2}$时，星系风产生的通道使20%的光子逃逸，我们得到了星系中电离光子逃逸分数的演化.观察到这种风的产生阈值行为，具有如此高的恒星形成表面密度的罕见局部物体表现出$\sim 10$ %的高逃逸分数。在我们的模型中，亮度加权平均逃逸分数随红移的增加而增加，在$z>3$处为$\bar f_{\rm esc}=0.045~((1+z)/4)^{1.1}$，星系数加权平均值为$\langle f_{\rm esc} \rangle=2.2\times10^{-3}~((1+z)/4)^4$，在红移$z>10$处为常数$\approx0.2$。逃逸分数的演变，作为一个越来越大的部分恒星形成以上的临界表面密度的恒星形成在较早的时候。这种演变的逃逸分数，结合从EAGLE的恒星形成率密度，再现推断的电离区域的填充因子的演变过程中的再电离时代（$6<z<8$），后再电离（$0\leq z<6$）的氢光电离率的演变，和光学深度由于汤姆逊散射的宇宙微波背景光子测量的普朗克卫星。
2017-03-06 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Escape Fraction of Ionizing Photons During the Epoch of Reionization: observability with the Square Kilometre Array
电离光子的逃逸分数$f_\mathrm{esc}$是表征再电离时期的重要参数之一，它在观测和理论上都是不受约束的。最近的工作强调了星系尺度反馈对$f_\mathrm{esc}$瞬时值的影响，因此开发一个再电离自洽耦合到星系演化的模型非常重要。在这项工作中，我们提出了这样一个模型，并探讨如何物理动机的功能形式的$f_\mathrm{esc}$影响星系际介质内的电离氢的演变。使用的$21$厘米功率谱的演变，我们调查的可能性观测区分恒定的$f_\mathrm{esc}$和其他模型，依赖于不同形式的星系反馈。我们发现，改变潜在的$f_\mathrm{esc}$和星系反馈之间的联系，大大改变了大规模的$21$厘米功率。即将推出的平方公里阵列低频仪器具有在固定光学深度区分我们的模型的灵敏度，只需要$200$小时的积分时间集中在红移$z = 7.5-8.5$。将这些结果推广到不同的光学深度将需要多个$800$小时的观测跨越红移$z = 7-10$。这提供了一个令人兴奋的机会，以观测约束最难以捉摸的参数之一，在时代的再电离。
2019-07-15 astro-ph.CO astro-ph.GA
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
The Effect of Galactic Properties on the Escape Fraction of Ionizing Photons
早期星系电离光子的逃逸分数fesc是决定z > 6的观测星系是否能够重新吸收高红移星系际介质的关键参数。以前测量fesc的尝试发现了一个很大的范围，从小于0.01到接近1。而不是找到一个单一的fesc值，我们澄清了通过模拟星系的内部属性如何影响fesc通过密度和分布的中性氢在星系内，随着电离光子的生产率。我们发现，逃逸分数敏感地依赖于覆盖因子的团块，随着密度的丛生和interclump介质。因此，在处理非均匀介质时必须谨慎。更少的高密度团块比更多的低密度团块导致更大的逃逸分数。当更多的电离光子在恒星暴中产生时，fesc增加，因为光子更容易从气体层中逃逸。预测的逃逸分数的巨大变化，由氢分布的差异引起，可以解释星系之间观测到的fesc的巨大差异。fesc值也必须与再电离历史相一致。大质量星系本身无法使宇宙膨胀，因为需要fesc > 1。实现再电离需要小星系，过去的平均逃逸分数更大。
2011-02-22 astro-ph.CO
Concordance models of reionization: implications for faint galaxies and escape fraction evolution
最近的观测已经将星系紫外光度函数限制到z~10。然而，这些观测本身就允许了广泛的再电离的情况下，由于在昏暗的星系丰度和电离光子逃逸分数的不确定性。我们表明，需要与后再电离（z<6）测量的连续性，其中Lya森林提供了一个完整的宇宙学电离光子发射率的探测，显着减少了允许的参数空间。同时与实测的UV光度函数、CMB的Thomson光学厚度和Lya森林数据相一致的模型需要：1）将星系光度函数外推到非常微弱的UV星等M_lim ~-10，大致对应于UV背景抑制标度; 2）f_esc从z=4（其中最佳拟合为4%）到z=9增加> ~10倍;或3）更可能的是，未被探测到的星系贡献显著而f_esc增加更温和的混合解决方案。在低质量、再电离时期质量高达~10^10 M_sun的晕中，恒星形成受到强烈抑制的模型（例如，由于金属丰度依赖性）仅允许用于F_ESC演化的极端假设。然而，抑制质量被减小的这种模型的变体（例如，假设较早或较高的金属量底）与数据更一致。满足现有数据的一致性方案预测了50%电离分数z_reion（50%）~ 10的一致红移。另一方面，再电离的持续时间对亮星系与暗星系的相对贡献很敏感，暗星系占主导地位的情景预测了更长时间的再电离事件。过于依赖高z矮星的情况不受动力学Sunyaev-Zeldovich测量的青睐，动力学Sunyaev-Zeldovich测量更喜欢短的再电离历史。
2012-03-26 astro-ph.CO astro-ph.GA
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
Ionizing photon production and escape fractions during cosmic reionization in the TNG50 simulation
在这项工作中，我们调查的依赖性的逃逸分数的电离光子，$f_{\rm esc}$，对各种星系和主机晕的属性在再电离的时代。我们使用三维多频辐射传输代码CRASH对来自IllustrisTNG项目的TNG 50磁流体动力学模拟进行后处理。我们的工作涵盖了恒星质量范围$10^6 \lesssim M_\star/{\rm M_\odot} \lesssim 10^8$在红移$6 < z < 10$。采用一个未解决的，云尺度逃逸分数参数的统一，晕逃逸分数$f_{\rm esc}$增加与质量从$\sim 0.3$在$M_\star = 10^6$ M $_\odot$ $\sim 0.6$在$M_\star = 10^{7.5}$ M $_\odot$，之后，我们发现的营业额和逃逸分数下降的提示，甚至更大的星系。然而，我们证明了一个强大的和非线性的依赖$f_{\rm esc}$上所采用的子网格逃逸分数。此外，$f_{\rm esc}$在固定质量下具有显著的散射，这是由电离光子速率的多样性以及（恒星）源位置和下层密度分布之间的复杂关系驱动的。全球发射率是一致的观测合理的云尺度吸收值，和晕与恒星质量$\lesssim 10^{7.5}$ M $_\odot$贡献的电离光子在所有的红移。在$M_\star \lesssim 10^{6.5}$ M $_\odot$下，分解灰尘使$f_{\rm es…
2022-07-22 astro-ph.CO astro-ph.GA
Conditions for Reionizing the Universe with A Low Galaxy Ionizing Photon Escape Fraction
我们探讨了低星系电离光子逃逸分数的星系际介质再电离的情况。我们结合基于模拟的晕质量依赖逃逸分数外推所观察到的星系休息紫外光度函数，以解决从z=20到z=4的再电离历史。我们探索关键未知量的后验分布，包括恒星形成的极限晕质量，电离光子产生效率，以及活动星系核（AGN）的潜在贡献。我们边缘化的允许参数空间使用马尔可夫链蒙特卡罗方法，找到一个解决方案，满足最独立的模型约束再电离。我们的基准模型可以匹配观测约束与平均逃逸分数<5%的整个大部分的时代的再电离，如果：i）星系形成恒星下降到原子冷却极限前再电离和光抑制质量的log再电离期间/之后（M_h/Msol）~9（-13<M_UV，lim<-11）; ii）星系在更高的红移和更暗的量级上成为更有效的电离光子的生产者，以及iii）存在显著的，但次主导的，z < 7时AGN的贡献。在这个模型中，最暗的星系（M_UV>-15）的电离发射率占主导地位，导致较早的再电离开始和较平滑的电离体积填充分数的演变比模型，假设一个单一的逃逸分数在所有的红移和光度。这个模型的电离发射率与z=4-5（以及更低，外推时）的观测结果一致，与一些假设单个逃逸分数的模型相反。根据对z = 7的Lya发射体的观测和对两个z>7的类星体的阻尼翼分析，我们预测了z=7时QHII =78%（± 8%）的电离体积填充率在~1-2 σ张力范围内，这两个类星体更倾向于QHII，z=7…
2019-05-02 astro-ph.CO astro-ph.GA
Rapid Reionization by the Oligarchs: The Case for Massive, UV-Bright, Star-Forming Galaxies with High Escape Fractions
宇宙再电离的主角仍然难以捉摸。微弱的恒星形成星系是主要的候选者，因为它们数量众多，可能具有显著的电离光子逃逸分数（$f_{esc}$）。在这里，我们通过一个经验模型来更新这幅图，该模型成功地预测了最新的观测结果（例如，z>8时恒星形成密度的下降）。我们在我们的模型中为每个星系生成电离光谱，并使用再电离时间轴的最新测量值来约束$f_{esc}$（例如，在z>7时类星体和星系的Ly $α$阻尼）。假设$f_{esc}$为常数，我们发现$M_{UV}$ <-13.5的星系需要$f_{esc}=0.21^{+0.06}_{-0.04}$才能完成再电离。在z=[8.2，6.8，6.2] $\pm$ 0.2时，推断的IGM中性分数为[0.9，0.5，0.1]，即，大部分再电离在3亿年内发生。灵感的莱曼连续统（LyC）泄漏，压倒性地显示高于平均水平的恒星形成表面密度（$Σ$）的新兴样本，我们提出了一个模型，$f_{esc}$ $Σ$和发现$f_{esc}\proptoΣ^{0.4\pm0.1}$。由于$Σ$在z=8和z=0之间下降了~2.5 dex，我们的模型解释了在较低红移时$f_{esc}$的不起眼的上限以及在z>6时它需要演化到~0.2。在这个模型中，引人注目的是，小于5%的星系的$M_{UV}$ <-18（“寡头”）占再电离预算的80%以上。事实上，微弱的源（$M_{UV}$ >-16）…
2020-04-03 astro-ph.CO astro-ph.GA
Constraints on the Ionizing Efficiency of the First Galaxies
对莱曼α森林和z~5-10的高红移星系的观测表明，在z~5-6时，宇宙中的光子刚好足够维持电离状态，这表明再电离的“光子饥饿”结束。电离发射率必须在较早的时候更大，以产生延长再电离的历史所暗示的电子散射光学深度约束从WMAP。在这里，我们解决的可能性，一个微弱的人口的星系与主机晕质量约1 e8 - 1 e9 Msun主导的电离光子预算在红移约z>9，由于他们更高的逃逸分数。这样微弱的早期星系，由于受到来自紫外线背景（UVB）加热的抑制，不会在电离区形成，因此在再电离完成后，不会对z<6的电离背景产生影响。我们的模型匹配：（1）在高红移星系中观测到的低逃逸分数，（2）τ_s ~0.09的WMAP约束，（3）在z<6时UVB的低值，（4）从Lyman-break星系推断的恒星形成率密度。在这种情况下，不需要来自流行三世明星的头重脚轻的IMF。我们将我们的模型与最近的文献中的模型进行比较，这些文献被迫引入一个逃逸分数，该分数朝着高红移强烈增加，并表明如果低质量星系具有高逃逸分数，则会自然发生类似的演化。
2012-09-06 astro-ph.CO
Binary Stars Can Provide the "Missing Photons" Needed for Reionization
再电离的经验限制要求星系电离光子逃逸分数fesc> 20%，但最近的高分辨率辐射流体动力学计算一直发现更低的值~1- 5%。虽然这些模型包含了强烈的恒星反馈和逃逸恒星等额外过程，但它们几乎只考虑基于单（孤立）恒星的恒星演化模型，尽管大多数大质量恒星都是双星。我们重新访问这些计算，结合辐射转移和高分辨率的宇宙学模拟的反馈在现实环境（FIRE）项目。对于第一次，我们使用一个恒星演化模型，其中包括一个物理和观测动机的处理双星（BPASS模型）。双星的质量转移和合并增加了恒星形成后期（> 300万年）大质量恒星的数量，这反过来又强烈地增强了后期电离光子的产生（特别是在低金属丰度时）。这些光子是在来自大质量恒星的反馈在ISM中雕刻出逃逸通道后产生的，因此有效地泄漏出星系。结果，时间平均的“有效”逃逸分数（逃逸电离光子与观察到的1500 A光子的比率）增加了4-10倍，足以解释再电离。虽然重要的不确定性仍然存在，但我们得出结论，双星演化可能是理解宇宙电离的关键。
2016-03-28 astro-ph.CO astro-ph.GA
Calibrating excursion set reionization models to approximately conserve ionizing photons
偏移集再电离框架由于其在再现再电离的3D拓扑结构方面的速度和准确性而被广泛使用。然而，已知它不守恒光子数。在这里，我们引入一个有效的，在飞行中的配方，大约占光子守恒。使用一个灵活的星系模型再现当前高$z$观测值，我们量化的偏差推断再电离的历史和星系的性质所造成的非保守的电离光子。使用模拟21厘米的观察，我们进行推断和不校正电离光子守恒。我们发现，忽略光子守恒的结果在推断的星系属性非常温和的偏见，为我们的基准模型。值得注意的例外是在电离逃逸分数与晕质量的幂律标度中，它可以偏离真实值$\sim2.4σ$（对应于幂律指数中的$\sim0.2$）。我们的方案是在公共代码${\tt 21cmFAST}$中实现的。
2022-09-23 astro-ph.CO
The LyA-LyC Connection: Evidence for an Enhanced Contribution of UV-faint Galaxies to Cosmic Reionization
电离Lyman连续谱（LyC）光子的逃逸需要低NHI视线的存在，低NHI视线也促进Lyman-Alpha（Lya）光子的逃逸。我们通过Gronke & Dijkstra（2016）的尘埃、块状星际（“多相”）介质模型使用一套2500 Lya蒙特卡罗辐射转移模拟，并比较Lya [f_esc（Lya）]和LyC的逸出分数辐射[f_esc（LyC）]。我们发现fesc（LyC）和fesc（Lya）是相关的：具有低fesc（Lya）的星系始终具有低fesc（LyC），而具有高fesc（Lya）的星系表现出大的fesc（LyC）色散。我们认为，有越来越多的观测证据表明，Lya更容易逃离紫外线微弱的星系。f_esc（LyC）和f_esc（Lya）之间的相关性意味着，紫外微弱星系的电离背景比暗示的紫外光度函数的暗端斜率。在多相气体中，电离逃逸分数受云覆盖因子f_cl的影响最大，这意味着f_esc（LyC）与观测到的Lya谱线形状密切相关。具体来说，LyC发射星系通常具有更窄，更对称的线轮廓。这种预测在性质上类似于“壳模型”。
2016-07-15 astro-ph.CO astro-ph.GA
No missing photons for reionization: moderate ionizing photon escape fractions from the FIRE-2 simulations
本文给出了真实环境中的反馈项目中34个高分辨率宇宙学放大模拟星系在z>5时的氢电离光子逃逸分数（f_esc），并用电离辐射的蒙特卡罗辐射转移代码进行了后处理。我们的样品由8500个晕组成，在M_vir~10^8--10 ^$> 12} M_sun（M_star~10^4--10 ^$> 10} M_sun），z=5--12。我们发现，<f_esc>当M_vir~ 10^{9.5}-10 ^{11} M_sun时，样品平均值随晕质量的增加而增加，当M_vir>10^{11} M_sun时，样品平均值随晕质量的增加而减小。当量，<f_esc>随着恒星质量的增加而增加，直到M_star~10^8 M_sun，并在更高的质量下减少。即使应用单星恒星星族合成模型，我们也发现<f_esc>在M_star~10^8 M_sun的星系中有一个中等的~0.2。几乎一半的逃逸电离光子来自1- 300万年前的恒星，其余的来自3- 1000万年前的恒星。双星只有适度的影响，增加<f_esc>约25- 35%，逃逸光子的数量增加60- 80%。大多数泄漏的电离光子来自恒星形成活跃的区域，这些区域通常包含一个由致密壳层包围的反馈驱动的kpc尺度的超级气泡。壳层在加速的同时正在形成恒星，所以壳层中较早形成的新恒星已经在壳层内部。气泡中和壳层边缘附近的年轻恒星可以完全覆盖一些通过反馈预先清除的低柱密度路径，…
2020-08-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
DUSTiER (DUST in the Epoch of Reionization): dusty galaxies in cosmological radiation-hydrodynamical simulations of the Epoch of Reionization with RAMSES-CUDATON
近年来，星际尘埃已成为高红移宇宙和甚高红移宇宙研究中的一个重要课题。证据表明，在再电离时期，大质量恒星形成星系中已经存在高尘埃质量，可能影响电离光子逃逸到星系际介质中。此外，正确估计紫外波长处的尘埃消光对于精确的紫外光度函数（UVLF）预测和解释至关重要。本文研究了尘埃对高红移星系观测性质的影响，以及宇宙再电离。为此，我们耦合的物理模型尘埃生产的完全耦合的辐射流体动力学宇宙学模拟代码RAMSES-CUDATON，并执行$16^3$，$2048^3$，模拟，我们称之为DUSTiER的尘埃在再电离时代。它产生的星系与尘埃质量和紫外线斜率兼容的限制在z $\geq 5$。我们发现，消光对UVLF的亮端有着巨大的影响，甚至早在$\rm z=8$，我们的尘埃UVLF比无尘UVLF更符合观测。在$\rm z=5$中，被遮蔽的恒星形成的比例上升到45%，与ALMA的一些最新结果一致。最后，我们发现尘埃减少了质量比$10^{10} M_\odot$（比$\approx -18$ MAB 1600亮）大的星系的电离光子逃逸> 10%，对于我们最大的星系可能高达80-90%。然而，我们发现电离逃逸分数首先是由星系中的中性氢决定的，因为后者产生的传输比单独通过尘埃小100倍。
2023-01-09 astro-ph.CO astro-ph.GA
Escape of Lyman-alpha and continuum photons from star-forming galaxies
近年来，人们通过窄带Lya线或宽带连续色发现了大量的高红移星系。光子从这些早期星系逃逸过程的性质对于理解星系演化和宇宙再电离至关重要。本文采用宇宙流体力学模拟和三维多波长辐射转移计算相结合的方法，研究了Lya、非电离紫外连续谱（在静止坐标系中l = 1300 - 1600埃）和电离光子（l < 912埃）从星系中的逃逸.这些星系是在一个5^3 h^-3 Mpc^3的盒子中以高分辨率进行模拟的，使用的是天鹰座初始条件，它再现了一个红移z=0的类银河星系。我们发现，这些不同光子的逃逸分数（fesc）显示出对红移和星系性质的复杂依赖：fesc（Lya）和fesc（UV）似乎随着红移而演化，它们与星系性质（如质量、恒星形成、金属丰度和尘埃含量）表现出类似的弱相关性，而fesc（Ion）在z ~ 0 - 10范围内保持大致恒定在~ 0.2，它并没有显示出对星系性质的明显依赖性。fesc（Lya）与fesc（UV）的相关性比与fesc（Ion）的相关性更强。此外，我们还发现了莱曼α发射体（LAEs）的出射光度与电离光子发射率之间的关系。将此关系与观测到的LAEs在不同红移处的光度函数相结合，估计了LAEs对星系际介质再电离的贡献。我们的结果表明，来自LAEs的电离光子不足以在z > 6处消除IGM，但它们可以在z ~ 0 - 5处维持IGM的电离。
2014-02-14 astro-ph.CO
Lower Redshift Analogues of the Sources of Reionization
已知的类星体数量似乎不足以产生使宇宙再电离所需的电离通量。另一种选择，星系作为电离光子的来源，遇到的问题是，已知类型的星系几乎完全不透明的电离光子。要使再电离发生，要么需要大量的（大部分未被发现的）源，要么已知的星系群在过去需要有更大的电离辐射逃逸分数。本文讨论了最近发现的具有非对称、扩展的莱曼α发射区的微弱z~3莱曼α发射体，它们显然与相互作用星系有关。这些物体形状异常的线条轮廓和基本的恒星星族表明，存在着损坏的气体晕、气体的注入、潮汐或剥离的恒星特征以及年轻的热恒星群，这些都有助于释放电离辐射。随着星系间的相互作用和合并随着红移的增加而增加，这些效应只会在早期变得更加重要，因此这些相互作用的z~3天体可能是较晚的，红移较低的再电离源的类似物。
2012-06-29 astro-ph.CO
Galaxies in the Epoch of Reionization Are All Bark and No Bite -- Plenty of Ionizing Photons, Low Escape Fractions
Texas A&M University（德州农工大学）；George P. and Cynthia Woods Mitchell Institute for Fundamental Physics and Astronomy, Texas A&M University（乔治·P·和辛西娅·伍兹基础物理与天文学研究所，德州农工大学）；The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）
研究发现再电离时期星系产生大量电离光子，但逃逸效率低，可能由于高气体密度和不稳定的恒星形成历史限制了光子逃逸。
2026-01-17 astro-ph.CO astro-ph.GA
Extreme Feedback and the Epoch of Reionization: Clues in the Local Universe
在z > 6时使宇宙再电离的来源仍然不确定。虽然可能存在能量充足的恒星形成星系，但不知道它们的电离辐射是否有足够大的部分可以逃逸到星系际介质中。在强烈的恒星形成星系中，在较低的红移下测量这种逃逸分数的尝试在很大程度上产生了上限。在本文中，我们提出了新的HST COS和档案FUSE远紫外光谱的样本11莱曼Break类似物（LBA），一个罕见的人口的本地星系，强烈类似于高Z莱曼Break星系。我们结合这些数据与SDSS光谱和斯皮策光度。我们还分析了档案FUSE观测15个典型的紫外线明亮的本地星暴。在3种情况下，我们发现了光厚中性气体小覆盖因子的证据。这是基于两个独立的证据：一个显着的剩余强度在核心的最强的星际吸收线跟踪中性气体和一个小的比率的折射率校正的H-α紫外线加远红外光度。这些天体代表了四个长周期大变星中的三个，其中包含一个年轻、非常紧凑（~ 100 pc）和高质量（~10^9 Mo）的主导中心天体（DCO）。这三个天体与其他星系的不同之处还在于，它们显示出大量的蓝移Ly-alpha辐射，这可能与中性气体的低覆盖因子有关。在我们的样本中，所有四个带有DCO的LBA都显示出极高的星际气体流出速度，线质心蓝移约700 km/s，最大流出速度至少达到1500 km/s。我们表明，这些属性是一致的外流驱动的一个强大的恒星暴，是非常紧凑的。我们推测，这种极端的反馈可能需要使电离辐射从恒星形…
2011-01-30 astro-ph.CO
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
Fully Coupled Simulation of Cosmic Reionization. III. Stochastic Early Reionization by the Smallest Galaxies
以前我们发现了一类新的早期星系，我们估计贡献了30%的电离光子负责再电离。这些是$M_h =10^{6.5}-10^{8} M_{\odot}$范围内的低质量晕，是由之前Pop III恒星形成的超新星喷出物化学富集的。尽管它们的恒星形成率很低，但这些金属冷却晕（MC）是电离辐射的重要来源，特别是在再电离开始时，由于它们的高数密度和电离逃逸分数。在这里，我们提出了一个完全耦合的辐射流体动力学模拟的再电离，包括这些MC以及更大质量的氢原子线冷却晕。我们的方法很新颖：我们在辐射流体动力学模拟的基础上进行了晕的寻找，并使用从银河系分辨文艺复兴模拟中测量的概率分布函数（PDF）将逃逸的电离通量分配给晕。PDF捕获了电离逃逸分数的质量依赖性以及晕正在积极形成恒星的概率。对于MC，再电离开始的时间要早于只包含$10^8 M_{\odot}$及以上的晕的情况，然而再电离完成时的红移只受到轻微的影响，因为这是由更大质量的星系驱动的。由于恒星的形成是间歇性的MC，再电离的最早阶段表现出随机性，与小H II区域形成和重组。只有到后来，一旦质量为$\sim 10^9 M_{\odot}$或更大的晕开始主导电离发射率，再电离才能以从以前的研究中推导出的通常方式顺利进行。在我们的模拟中，这发生在$z\approx 10$。
2018-09-22 astro-ph.CO astro-ph.GA
He II optical depth and UV escape fraction of galaxies
本文研究了高红移星系逃逸的H I电离光子对He II电离紫外背景辐射的影响。虽然这些光子不直接与He II离子相互作用，我们表明，他们发挥了重要的作用，通过辐射传输，在修改的形状，他II电离的UVB光谱的一部分。在所观察到的范围内的紫外线逃逸星系，我们表明，快速增加的He II莱曼α有效光学深度在z~2.7自然可以解释的辐射输运效应。因此，一个很好的测量He II莱曼α有效光学深度和红移之间的关系，在后He II再电离时代，可以用来放置额外的约束从高Z星系的紫外逃逸的红移演化。我们的研究还表明，H I电离光子从星系的逃逸分数有一个重要的作用，在He II电离UVB的波动。
2013-02-26 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
Direct Numerical Simulation of Reionization II: Recombinations, Clumping Factors, and the Photon Budget for Reionization
在这第一个几个应用程序的文件，我们调查的机制，从恒星源在高Z星系的再电离，估计在IGM的重组时间的各种聚集因子的效用，和光子预算需要实现再电离。我们测试的准确性的静态和时间依赖模型的Madau等人。再电离完成/维护的预测。我们在一个20 Mpc的共动立方体中模拟了一个WMAP 7 LCDM宇宙模型，该模型包含800^3个均匀流体单元和暗物质粒子。通过调整我们的恒星形成近似匹配观测到的恒星形成率密度和光度函数，我们创造了一个完全耦合的辐射氢实现H再电离，开始在z~10，并在z~5.8完成。我们发现，大约2个电离光子每个H原子需要转换中性IGM到一个高度电离的状态，这支持的“光子饥饿”的情况下讨论的博尔顿和Haehnelt。再电离过程中导致这个数字的事件通常可以被描述为由内而外，但实际上，这种叙述取决于人们认为电离的气体的电离水平。我们发现，Madau等人推导的维持IGM电离状态所需的紫外光子产生率dN/dt_ion（z）的公式不应该用来预测再电离完成的时间，因为它忽略了全局电离平衡中不可忽略的历史依赖项。我们发现，电离体积分数QHII的时间依赖模型是更好的预测，但高估了红移的再电离完成的delta_z~1。我们提出了一个修改后的公式的时间依赖模型，同意我们的模拟O（1%）。最后，我们使用我们的模拟来估计全球紫外线逃逸分数，由于环星系气体解决我们的网格为<f_esc>~0.7。
2013-11-09 astro-ph.CO
The Escape Fraction of Ionizing Radiation from Galaxies
星系的电离辐射逃逸对星系气体的演化以及星系际介质的加热和电离历史起着至关重要的作用。我们提出了半解析计算的逃逸分数的电离辐射的氢和氦从星系范围从原始系统的盘型星系，没有严重的尘埃遮蔽。我们考虑的星系密度分布，源类型，位置和光谱，和气体过密度/分布因子的变化。对于足够硬的第一光源，氦电离前沿密切跟踪或超越氢。在这项工作中的关键新成果包括计算逃逸分数为He I和He II电离辐射，和部分电离的影响，从早期活动星系核或星团的X射线从星系晕逃逸分数。当考虑到频率依赖效应时，我们发现X射线在提高氢和氦的逃逸分数方面起着重要作用，尤其是对He II。我们简要地讨论了这些结果的影响，最近的观察，他II再电离时代在低红移，以及紫外线数据和发射线签名从早期星系预计未来的卫星任务。
2013-06-21 astro-ph.CO
Reionization and galaxy inference from the high-redshift Lyα forest
Lyman-α（Lyα）在遥远类星体光谱中的透射率取决于星系际介质（IGM）的密度、温度和电离状态。因此，高红移（z > 5）的Lyα森林对于研究再电离时代（EoR）的后期阶段以及驱动它的源的性质可能是非常宝贵的。事实上，高质量的类星体光谱现在已经确定了z > 5时大尺度不透明度波动的存在，其物理起源仍然存在争议。在这里，我们介绍了一个贝叶斯框架，能够约束EoR和星系的属性，通过前向建模的高z Lyα森林。利用星系和CMB观测的先验信息，我们证明了EoR的最终重叠阶段（当>95%的体积被电离时）应该发生在z < 5.6时，以再现森林光谱中看到的大尺度不透明度波动。然而，它是斑片状再电离和不均匀的紫外背景的组合，产生最长的冈恩-彼得森槽。Lyα森林观测收紧了对星系特征电离逃逸分数的现有限制，综合观测结果表明f_{\rm esc} \approx为7^4_3%，不利于星系晕（或恒星）质量的强烈演化。
2021-01-22 astro-ph.CO
Galactic Outflows and Photoionization Heating in the Reionization Epoch
我们进行了一套新的宇宙学辐射流体动力学模拟，并探讨星系外流和光电离加热对再电离时代恒星形成的相对影响。河外紫外背景（EUVB）本身在z=6时抑制光度函数不到50%，使观测到的星系丰度增加3-5倍。星系外流恢复了与观测的一致性，但没有阻止星族II恒星的形成，使宇宙在z=6时再电离。由此产生的EUVB抑制了维里温度低于10^5K的晕中的恒星形成，但在更大质量的晕中影响较弱。尽管如此，由于EUVB的不均匀性，低质量晕贡献了所有电离光子的50%。总的来说，恒星形成率与晕质量M_h成比例，在具有$M_h=10^{8.2--10.2}\msun$的晕中为1.3-1.4。这是一个比再电离模型中通常假设的更陡峭的依赖关系，在大尺度上提高了21厘米波动的预期功率谱。光度函数急剧上升到至少M_1600=-13，表明再电离是由尚未观测到的微弱星系（M_1600 >= -15）驱动的。我们的模型不能同时解释星系、宇宙微波背景和星系际介质的观测。增加动态范围将减轻现有的差异，但观测可能仍然需要额外的物理，如可变的电离逃逸分数（删节）。
2011-10-13 astro-ph.CO
Simulations of galaxy formation with radiative transfer: Hydrogen reionization and radiative feedback
我们进行流体动力学模拟的星系形成，同时遵循氢电离光子的辐射转移，基于光学薄变量爱丁顿张量近似的{ \small GADGET}代码中实现。我们只考虑恒星形成的星系作为源，并检查在多大程度上，他们可以产生一个合理的再电离历史和星系际介质的热状态在红移周围$z\sim 3$。这为我们模拟星系形成和再电离的自洽方法提供了一个重要的基准，并为未来通过考虑其他来源和其他波长范围进行改进提供了参考。我们发现，恒星的形成本身就足以使宇宙产生$z\sim6$红移。对于逃逸分数和加热效率的适当选择，我们的模型近似能够同时考虑Lyman- $α$森林的一点函数和功率谱。在我们的模拟中，辐射场对恒星形成率密度有重要影响，并显着降低了低质量暗物质晕中的气体和恒星分数。因此，我们的结果直接证明了辐射反馈对星系形成的重要性。这种效应的空间和时间的重要性可以用这里探索的建模技术精确地研究，从而更忠实地模拟星系形成。
2011-07-19 astro-ph.CO
On the relative Contribution of high-redshift Galaxies and Active Galactic Nuclei to Reionization
本文讨论了不同天体物理源对不同红移中性氢电离的贡献。我们批判性地修正了赞成/反对活动星系核（AGN）和/或莱曼破裂星系（LBG）在z>5时对宇宙再电离的实质性贡献的论点。我们考虑外推的高z类星体和LBG光度函数和它们的红移演化，以及间接约束的空间密度的低光度活动星系核的星系恒星质量函数的基础上。由于LBG单独的再电离的假设需要一个显着的贡献，微弱的矮星系和LyC光子逃逸分数（f_esc）的顺序~ 20%，在紧张与目前的观测限制，我们检查在哪个假设活动星系核和LBG可能提供一个组合的相关贡献的再电离。我们发现，一个相对陡峭的活动星系核光度函数的暗端，与目前的限制一致，提供了相关的（虽然次主导）的贡献，从而使我们能够恢复所需的电离光子率与f_esc~5%至z~7。在较高的红移，我们测试的情况下，亮度依赖的f_esc的情况下，我们得出结论，如果观察到的LBG确实是由非常低的f_esc的特点，值的顺序f_esc~70%的需要低于我们的检测阈值的对象，这个星系人口提供了大量的贡献再电离。显然，对暗源（活动星系核和长周期星系团）性质的研究是至关重要的。
2012-06-25 astro-ph.CO
Modeling Reionization in a Bursty Universe
我们提出了半解析模型的时代的再电离集中在连续和突发恒星形成（SF）之间的差异。我们的模型利用物理动机的分析适合在一个有代表性的宇宙体积的暗物质晕周围的HII区域的一维辐射传输模拟。约束我们的模拟与观测到的和外推的UV光度函数的高红移星系，我们发现，对于一个固定的晕质量，恒星星族形成的爆发模型产生较大的HII区域，留下了长寿命的遗迹HII区域，能够保持部分电离的星系际介质（IGM）中的方式类似于早期的X射线背景。整体效果是IGM的光学深度显著增加，$τ_e$，再电离的红移增加较温和。为了产生普朗克观测到的$τ_e =0.066$和红移$z_{\rm re}\sim 6$的完全再电离，具有爆发SF的模型需要一个逃逸分数$f_{\rm esc}\sim 2\%-10\%$，该分数比假设连续SF的$f_{\rm esc}\sim 17\%$低2-10倍，并且与$z=0$和$z\sim 1.3-6$观测到的$f_{\rm esc}$的上限一致。再现观测到的$τ_e$和$z_{\rm re}$所需的电离光子预算取决于SF爆发的周期和占空比以及中性IGM的温度。这些结果表明，如果再电离是由SF短爆发驱动的，那么观测到的和预测的再电离光子收支之间的紧张关系可以得到缓解，这可能与星族III星和致密星团（如原球状星团）的形成有关。
2016-02-19 astro-ph.CO
Modelling Population III stars for semi-numerical simulations
从理论上模拟第三星族星（Pop III星）引起的21厘米信号是从当前和即将到来的21厘米观测中提取关于Pop III星的丰富信息的关键。在这项工作中，我们开发了一个新的模块的波普III星的逃逸分数的电离光子和莱曼-沃纳（LW）的光子，光加热的紫外线辐射，和LW的反馈始终纳入。通过实施该模块到一个公共的21厘米半数值模拟代码，21CMFAST，我们展示了21厘米信号计算和调查的重要性，流行III星建模。我们发现，从波普III星宇宙再电离的贡献显着依赖于逃逸分数的治疗。用我们的逃逸分数模型，Pop III星几乎没有再电离的贡献，因为质量较小的晕，其逃逸分数高，不能主机Pop III星由于LW反馈。另一方面，Pop III型恒星的再电离贡献与传统的恒定逃逸分数。我们还发现，如果宇宙的电离分数高于约1%，紫外光加热对21厘米全球信号和21厘米功率谱有不可忽略的影响。在这种情况下，21厘米全球信号的强度取决于光加热效率，因此也取决于Pop III恒星的质量。我们的结论是，详细的建模流行III星是必不可少的预测21厘米观测准确未来的观测。
2020-11-27 astro-ph.CO astro-ph.GA
Fluctuating feedback-regulated escape fraction of ionizing radiation in low-mass, high-redshift galaxies
低质量星系被认为提供了宇宙再生所需的大部分电离辐射。逃离星系的光子数量在理论上没有得到很好的限制，也很难通过观测来测量。然而，它是再电离模型的一个基本参数。我们详细研究了电离辐射如何从高红移星系泄漏。为此，我们使用了一系列高分辨率的辐射流体动力学模拟，在宇宙学背景下放大三个矮星系。我们发现，从超新星爆炸的能量和动量输入有一个调节逃逸分数的关键作用，通过破坏致密的恒星形成团块，并清除在晕视线。在没有超新星的情况下，光子被吸收得非常局部，在大质量恒星的诞生云中。我们遵循逃逸分数的时间演化，并发现它可以变化超过六个数量级。这解释了先前研究发现的逃逸分数值的大分散性。这种快速的变化也影响了再电离源的可观测性：即使像$M_{\rm UV} = -14$这样深的调查也会错过大约一半的莱曼连续辐射源。
2017-05-02 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Epoch of Reionization in Warm Dark Matter Scenarios
本文研究了在不同的宇宙学背景下，早期星系形成对再电离过程的影响。本文利用半解析模型和抑制的初始功率谱，得到了热暖暗物质和无菌中微子宇宙学中的紫外光度函数。利用固定和可变的光子逃逸分数模型（$f_{esc}$），我们追溯了仅含热恒星辐射的星系际介质的电离历史。对于每个宇宙学，我们找到一个固定的上限$f_{esc}$，这保证了在$z<6.7$完成的过程。分析测试与高Z电离氢体积分数的两个极限假设，比较我们的预测与观测结果。
2021-10-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
The BlueTides Simulation: First Galaxies and Reionization
我们介绍了BlueTides模拟和报告的第一个星系和活动星系核的光度函数的初步结果，以及它们对再电离的贡献。BlueTides在NCSA的BlueWaters集群上从$z=99$到$z=8.0$运行，并且在每侧盒的$400$ Mpc/h中包括2个$\times$ 7040 $^3$粒子，使其成为有史以来在高红移下进行的最大流体动力学模拟。BlueTides包括平滑粒子流体动力学、气体冷却、恒星形成（包括分子氢）、黑洞生长以及恒星和活动星系核反馈过程模型的压力-熵公式。模拟中的恒星形成率密度与$z\sim 8-10$当前的观测数据很好地匹配。我们发现观测和预测的星系光度函数在目前可观察到的范围$-18\le M_{\mathrm UV} \le -22.5$与一些尘埃消光需要匹配的丰富的更明亮的对象之间有很好的协议。BlueTides实现了一个补丁再电离模型，产生波动的紫外线背景。BlueTides预测了比当前观测极限更暗的星系的数量，这与外推光度函数的暗端斜率与$z\sim 8$的幂律指数$α\sim -1.8$和$α\sim (1+z)^{-0.4}$的红移依赖性是一致的。活动星系核的光度函数符合幂律，其斜率$α\sim -2.4$与最深的坎德尔-货物场相当。我们研究了这些光度函数如何影响再电离的进程，并发现，如果星系在再电离过程中占主导地位的电离光子预算，则需要高的莱曼- $α…
2015-04-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
Robust Ly$α$ forest constraints on reionization from semi-analytic galaxy formation models
Research School of Astronomy and Astrophysics, Australian National University（澳大利亚国立大学天文学与天体物理研究学院）
研究利用半解析星系形成模型Meraxes，通过构建多种源模型并校准，测试莱曼α森林推断的再电离历史的稳健性，结果表明该历史对多种因素稳健，恢复出晚期且延长的再电离时期。
2026-07-29 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Lyman Continuum Escape Survey: Ionizing Radiation from [O III]-Strong Sources at a Redshift of 3.1
我们目前的结果，从连续逃逸巡天（LACES），哈勃太空望远镜（HST）的计划，旨在表征电离辐射出现从一个样本的莱曼α发射星系在红移$z\simeq 3.1$。由于许多显示强烈的[O III]发射特性的$z>6.5$恒星形成星系，他们可能代表有价值的低红移类似物的星系在再电离时代。利用HST Wide Field Camera 3 / UVIS $F336W$对Lyman连续辐射进行成像，研究了该样品中电离光子的逃逸分数。对于61个来源，其中77%的光谱确认和53个测量的[O III]发射，我们检测到莱曼连续泄漏在20%，率显着高于在个别连续选择莱曼破裂星系。我们估计有98%的概率，我们的检测$\leq 2$可能会受到前景污染。拟合多波段光谱能量分布（SED），考虑到不同的恒星星族，尘埃粒子和金属丰度，我们得到个人莱曼连续逃逸分数校正的前景星系际吸收。我们发现逃逸分数为15%至60%的个别对象，并推断出平均20%的逃逸分数拟合复合SED为我们检测到的样本。然而，令人惊讶的是，即使是没有单独的$F336W$检测的那些源的深堆叠也提供了小于0.5%的平均逃逸分数的严格上限。我们研究了各种相关性与源的属性，并讨论了流行的图片，宇宙再电离的背景下，这种紧凑的，低金属量的恒星形成星系驱动的影响。
2019-05-17 astro-ph.CO astro-ph.GA
A Census of the LyC Photons that Form the UV Background During Reionization
我们提出了一种新的，在飞行中的光子通量和吸收示踪剂算法，旨在直接测量不同的源人口的metagalactic紫外线背景和电离部分的气体在宇宙中的贡献。我们使用一套多频辐射流体动力学模拟，仔细校准重现一个现实的再电离历史和星系属性在$z \ge 6$，解开不同质量晕和恒星发射的光子的贡献不同的金属和年龄的紫外线背景再电离。虽然在非常早期的宇宙时期，低质量的贫金属晕提供了大部分的LyC光子，但它们的贡献随着时间的推移而稳步下降。在$z = 6$，大质量系统（${\rm M_{halo}}/{\rm M_\odot} > 10^{10} \, {\rm h ^{-1}}$）和富金属恒星（$10^{-3} < Z/Z_{\rm \odot} < 10^{-1.5}$）发射的光子对电离紫外背景的贡献最大。我们证明，有很大的变化，逃逸分数取决于源，逃逸分数最高（$\sim 45-60\%$）的光子发射的最古老的恒星，穿透到IGM通过低不透明度的通道雕刻的电离光子和超新星从年轻的恒星。在HII区域开始重叠之前，光电离率在不同的孤立的HII气泡之间强烈波动，这取决于嵌入的电离源，我们认为这可能会导致矮星系性质的空间变化。
2018-05-31 astro-ph.CO astro-ph.GA
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
Cosmic Reionization On Computers: The Faint End of the Galaxy Luminosity Function
利用“计算机上的宇宙再电离”（CROC）项目下完成的数值宇宙学模拟，我探索理论预测的星系紫外光度函数在$z\geq 6$暗端。一个常用的Schechter函数近似的幅度削减在$M_{\rm CUT}\sim-13$提供了一个合理的拟合模拟星系的实际光度函数。当Schechter函数的形式是强制的亮度函数的模拟，发现幅度削减$M_{\rm CUT}$之间变化的$-12$和$-14$与一个温和的红移的依赖。Robertson等人（2015）使用的Madau，Haardt & Rees（1997）的再电离分析模型提供了对模拟结果的良好描述，但只有在考虑有效逃逸分数的红移依赖性（由Madau，Haardt & Rees模型未捕获的物理过程引起）时。
2016-07-12 astro-ph.CO astro-ph.GA
