Two Modes of LyC Escape From Bursty Star Formation: Implications for [C II] Deficits and the Sources of Reionization
我们使用SPHINXPDMATHABMM宇宙辐射流体动力学模拟来研究莱曼连续统（LyC）光子如何从星系中逃逸以及这种逃逸的观测特征。我们定义了两类LyC泄漏者：突发泄漏者和残余泄漏者，基于它们的恒星形成率（SFR），平均超过1000万年（SFR $_{10}$）或10000万年（SFR $_{100}$）。两者都有$f_{\rm esc}>20\%$，并经历了恒星形成的极端爆发，但爆发泄密者有${\rm SFR_{10}>SFR_{100}}$，而残余泄密者有${\rm SFR_{10}<SFR_{100}}$。这些爆发中的最大SFR通常是爆发前星系SFR的$\sim100$倍，这是一般高红移星系中罕见的$2σ$异常值。爆漏星云在性质上类似于电离带洞星云，表现出高电离参数和典型的HII区气体密度。残余泄漏显示出密度有界星云的特性，具有正常的电离参数，但HII区的密度要低得多。两种类型的泄漏者在[CII]-SFR $_{100}$关系上均表现出[CII] $_{\rm 158μm}$缺陷，而当使用SFR $_{10}$时，只有突发泄漏者表现出缺陷。我们预测，[CII]光度和SFR指标，如H $α$和M $_{\rm 1500Å}$可以结合起来，以确定两种类型的LyC泄漏和光子逃逸的模式。这些预测可以用已知$z=3-4$ LyC泄漏者的[CII]观测来测试。最后，我们表明，泄漏与$f_…
2022-10-17 astro-ph.GA
The First Billion Years Project: The escape fraction of ionizing photons in the epoch of reionization
在低质量暗物质晕中形成的原星系被认为提供了重建宇宙所需的大部分电离光子，因为它们的电离光子逃逸率很高。我们研究如何在高红移星系逃逸分数涉及到的星系形成的晕的物理性质，通过计算逃逸分数超过75000晕之间的红移27和6，提取的第一个十亿年项目，高分辨率宇宙流体动力学模拟星系形成。我们发现，逃逸分数的主要约束是在半径为10 pc的恒星星族周围的气体柱密度，造成了强烈的质量依赖的逃逸分数。在维里质量低于1e8太阳质量的晕中，较低的势阱导致低的柱密度，可以被年轻恒星（年龄<500万年）的辐射穿透。在维里质量超过1e8太阳质量的晕中，超新星反馈是重要的，但在这个质量范围内，只有30%的晕的逃逸分数高于1%。我们发现了一个大范围的逃逸分数晕具有相似的属性，所造成的不同分布的致密气体的晕。这使得它很难预测的基础上的晕属性的逃逸分数，并在一个高度各向异性的逃逸分数的结果。强烈的质量依赖性，大的扩散和大的各向异性的逃逸分数可能会强烈影响再电离的拓扑结构，是目前的宇宙再电离模型应该努力考虑。
2015-07-08 astro-ph.CO astro-ph.GA
Predicting LyC emission of galaxies using their physical and Ly$α$ emission properties
理解宇宙再电离的来源和过程的主要困难在于，不可能直接探测那个时期的电离莱曼连续统（LyC）辐射，因为这些光子已经被IGM中的中性氢吸收了。因此，必须建立一个模型，使用星系在再电离时代的其他属性来准确预测LyC发射。近年来的研究表明，星系的LyC发射可能与它们的Lya发射相关。在这里，我们通过分析SPHINX宇宙学模拟中高z的数千个星系来研究这种相关性。我们用Lya辐射转移程序RASCAS对这些星系进行了后处理，并分析了Lya与LyC的联系。我们发现，Lya和LyC光度彼此强烈相关，虽然分散。在最亮的Lya发射体（> $10^{41}$ erg/s）中，Lya和LyC逃逸分数之间存在正相关性，与最近的观测研究相似。然而，当我们还包括较暗的Lya发射体（LAEs）时，相关性消失，这表明观察到的关系可能是由选择效应驱动的。我们还发现明亮的LAE是主要的贡献者再电离（$> 10^{40}$ erg/s星系贡献$> 90\%$的LyC发射）。最后，我们建立预测模型，使用多元线性回归，我们使用模拟星系的物理和Lya属性来预测其固有的和逃逸的LyC光度具有很高的准确度。我们发现，最重要的星系属性来预测逃逸的LyC光度的星系逃逸的Lya光度，气体质量，气体金属丰度，和SFR。这些模型对于预测星系的LyC发射非常有用，并且可以帮助我们确定再电离的来源。
2022-04-05 astro-ph.GA
Pōniuā'ena: A Luminous $z=7.5$ Quasar Hosting a 1.5 Billion Solar Mass Black Hole
我们报告了在$z=7.515$（“Pōniu 'ena”）发现的发光类星体J1007+2115，来自我们的宽场再电离时代类星体调查。J1007+2115是$z>7.5$现在已知的第二个类星体，深入到再电离时期。这颗类星体是由$(1.5\pm0.2)\times10^9$ $M_{\odot}$超大质量黑洞（SMBH）提供动力的，这是基于双子座和凯克近红外光谱仪的宽MgII发射线轮廓。J1007+2115中的SMBH质量是$z=7.54$中类星体J1342+0928的两倍，$z=7.54$是目前类星体红移记录的保持者。在大爆炸后仅7亿年就存在如此巨大的SMBH，这对最早SMBH增长的模型提出了重大挑战。模型假设Eddington限制吸积和0.1的辐射效率需要一个黑洞的种子$\gtrsim 10^{4}$在$z=30$ $M_{\odot}$。这一要求表明，要么是由于直接坍缩而产生的大质量黑洞种子，要么是早期快速黑洞增长的超爱丁顿吸积和/或低辐射效率。在J1007+2115的Ly $α$谱线轮廓上测量了中性氢在星系际介质（IGM）中的吸收所留下的阻尼翼特征，发现它比J1342+0928和另外两个$z\gtrsim7$类星体的弱.我们估计IGM体积平均中性分数$\langle x\rm_{HI}\rangle=0.39^{+0.22}_{-0.13}$。这一数值范围表明，不同IGM视线方…
2020-06-24 astro-ph.GA
The Evolution of the IR Luminosity Function and Dust-obscured Star Formation in the Last 13 Billion Years
我们目前的第一个结果，从2毫米映射模糊再电离（MORA）调查，最大的ALMA连续空白领域的调查，迄今为止，总面积为184平方米。弧分，只有在2毫米，以寻找尘埃恒星形成星系（DSFG）。我们使用13个源检测到以上5西格玛估计第一ALMA星系数计数在这个波长。然后将这些数量计数与1.2毫米和3毫米的最先进星系数量计数以及向后演化模型相结合，以限制过去130亿年中红外光度函数和尘埃遮蔽恒星形成的演化。我们的结果表明，一个陡峭的红移的空间密度的DSFG的演变，并确认平坦的红外光度函数在微弱的光度，与$α_{LF} = -0.42^{+0.02}_{-0.04}$的斜率。我们的结论是，尘埃遮蔽的成分，在z=2-2.5处达到峰值，在过去的120亿年里，一直主导着恒星形成的宇宙历史，可以追溯到z~4。在z=5时，尘埃遮蔽的恒星形成估计约占总恒星形成率密度的35%，在z=6-7时下降到25%-20%，这意味着在宇宙的前10亿年中，尘埃遮蔽的恒星形成贡献很小。由于尘埃遮蔽的恒星形成历史被限制到再电离时代的结束，我们的结果提供了一个基准来测试星系形成模型，研究星系质量组装的历史，并了解宇宙早期的尘埃和金属富集。
2021-01-12 astro-ph.GA
Astraeus II: Quantifying the impact of cosmic variance during the Epoch of Reionization
下一代望远镜，如詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）和南希格雷斯罗马太空望远镜（NGST）将使我们能够以前所未有的细节研究我们宇宙的第一个十亿年。在这项工作中，我们使用ASTRAEUS（半数值辐射转移耦合星系形成和再电离在N体dArk matEr simulationS）的框架，耦合星系形成和再电离（广泛的再电离反馈模型），估计宇宙方差预期的紫外光度函数（UV LF）和恒星质量函数（SMF）在JWST调查。我们发现，不同的再电离方案中发挥的宇宙方差较小的作用。大部分的宇宙方差完全由底层密度场驱动，并在JADES深巡天（JWST高级河外巡天，面积为46弧分$^2$）的$z =12 (6)$处的${\rm M}_{\rm UV} \sim -17.5 (-20)$的$100\%$以上增加;宇宙方差随着巡天面积的增加而减小，与红移大致无关。我们发现，模糊端（${\rm M}_{\rm UV} > -17$）的莱曼Break Galerkin（LBGs）紫外LF的斜率变得越来越浅，增加再电离反馈，并显示如何JWST观测将能够区分不同的模型之间的再电离反馈在$z>9$，甚至占宇宙方差。我们还显示的环境（在密度和电离场）的莱曼打破Galerkin在EoR，发现潜在的过密度和电离分数的规模积极的紫外线光度。最后，我们还提供了一个公共的软件工具，让感兴趣的读者计算不同的红移和调查领域的宇宙方差。
2021-04-26 astro-ph.GA
Metal Enrichment in the Reionization Epoch
比氦重的元素（“金属”）的存在对于行星、恒星和星系形成中发生的大量天体物理过程至关重要;它还以几种方式影响宇宙结构的形成和演化。即使是少量的重元素也能极大地改变气体的化学性质，为复杂分子开辟道路。金属可能会增强气体辐射出其热能的能力，从而有利于引力束缚物体的形成;它们也可以凝结成固相（尘埃颗粒），部分或全部阻挡来自光源的辐射。最后，它们是恒星能量沉积的有用示踪剂，并通过吸收或发射谱线探测环境的物理性质。最后，但肯定不是最不重要的，生命-正如我们在地球上所知道的那样-与至少一些重元素的存在密切相关。在这篇教学评论中，我将集中讨论早期金属富集和宇宙再电离之间的联系。正如我们将看到的，这两个过程是密切相关的，它们的联合研究可能会成为理解宇宙大爆炸后第一个十亿年（对应于红移z>6的时期）的整体演化的基础。
2015-11-03 astro-ph.GA
Spectroscopic confirmation of an ultra-faint galaxy at the epoch of reionization
在大爆炸后的10亿年内，星系间的氢被发射紫外线和更高能量光子的源电离。这是最后一个影响宇宙中所有重子（可见物质）的现象。它被称为宇宙再电离，是宇宙学的组成部分。人们普遍认为，本质暗淡的星系是主要的电离源，因为它们在这个时代的丰富。然而，在最高的红移（$z>7.5$ ;回视时间13.1 Gyr），所有的星系与光谱确认日期本质上是明亮的，因此，不一定代表一般人口。在这里，我们报告明确的光谱检测低光度星系在$z>7.5$。我们用凯克一号望远镜上的MOSFIRE和哈勃太空望远镜的无狭缝棱镜摄谱仪分别在$\sim 10504$射电望远镜上进行了两次观测，探测到了莱曼- $α$发射线，这意味着源红移为$z = 7.640 \pm 0.001$。该星系被大质量星系团MACS J1423.8+2404（$z = 0.545$）引力放大，估计固有光度为$M_{AB} = -19.6 \pm 0.2$等，恒星质量为$M_{\star} = 3.0^{+1.5}_{-0.8} \times 10^8$太阳质量。两者都比目前在$z > 7.5$已知的其他四个莱曼- $α$发射体低一个数量级，使其可能是迄今为止发现的最遥远的代表性再电离源。
2017-04-10 astro-ph.GA
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
The Nature of High ${\rm [OIII]}_{\rm 88μm}$/${\rm [CII]}_{\rm 158μm}$ Galaxies in the Epoch of Reionization: Low Carbon Abundance and a Top-Heavy IMF?
对$z>6$星系的ALMA观测显示，与本地星系相比，[OIII] $_{\rm 88μm}$ /[CII] $_{\rm 158μm}$比值和[CII] $_{\rm 158μm}$赤字异常高。已经提出了许多解决方案，包括C和O丰度比的差异，观测偏差和ISM属性的差异。为了阐明驱动这种高红移现象的基本物理，我们采用SPHINX $^{20}$，一个国家的最先进的，宇宙辐射流体动力学模拟，解决了详细的ISM属性的数千个星系的再电离时代。我们发现，所观察到的$z>6$ [OIII]-SFR和[CII]-SFR的关系，只有当C/O丰度比是$\sim8\times$低于太阳能和总金属产量是$\sim4\times$高于Kroupa IMF的。这意味着高红移星系可能主要是由具有更头重脚轻IMF的低金属量核心坍缩超新星富集的。当AGB星和Ia型超新星开始对星系金属丰度产生贡献时，[CII]-SFR和[CII]光度函数都将在$z\sim4.5$处收敛到观测值。虽然我们证明了电离参数，LyC逃逸分数，ISM气体密度和CMB衰减都驱动星系朝向更高的[OIII]/[CII]，在$z>6$观察到的值只能复制与太阳相比，大大降低C/O丰度。[CII]和[OIII]的组合可用于预测电离参数、ISM气体密度和LyC逃逸分数的值，我们提供了九个观测到的$z>6$星系的这些量的估计。最后，我们证明了[OI] $_…
2022-01-05 astro-ph.CO astro-ph.GA
The dust properties of star-forming galaxies in the first billion years
本文回顾了 ALMA 对宇宙最初十亿年内星系尘埃发射的观测结果，重点介绍了 REBELS 项目在 z~7 星系中的发现，揭示了早期星系尘埃的独特性质及完全被尘埃遮蔽的星系种群等意外结果。
2022-11-02 astro-ph.GA
UV Diagnostics of Galaxies from the Peak of Star-Formation to the Epoch of Reionization
来自大质量恒星的静止坐标系紫外辐射包含了关于星系中恒星形成的物理性质和条件的丰富信息。通过对静止坐标系紫外线的研究，在过去的十年里，人们开始了解大爆炸后最初几十亿年里星系的存在和性质。这一历史时期对应着第一批恒星的形成、星系恒星星族的快速形成、IGM的再电离、重元素的产生和传播以及第一批黑洞的形成。这些星系中的大质量恒星驱动了所有这些事件，它们的光主导了星系的光谱能量分布。展望21世纪20年代，关于这些恒星星族的性质及其演化的基本问题仍然存在，从宇宙恒星形成密度的峰值之前（z~3），直到再电离时代（z > 6）。在接下来的十年里，我们将在这些早期阶段通过静止帧紫外成像调查（例如，LSST，WFIRST）。在大于20米级的望远镜上进行地基静止框架紫外光谱学（例如，GMT/TMT）提供了研究星系在最早宇宙时代的天体物理条件的能力。这包括星系恒星星族的演化、气体电离（温度、压力）、金属丰度、星际（和环星系）气体运动学和覆盖分数的研究。在本白皮书中，我们描述了这一领域的科学前景和研究要求。
2019-03-11 astro-ph.GA
UNCOVERing the contribution of black holes to reionization in the JWST era
本研究利用DELPHI半解析模型，结合JWST和ALMA观测数据，重新评估了高红移活动星系核对宇宙再电离的贡献，发现低质量恒星形成星系是再电离主要驱动因素，AGN仅贡献约23%且主要在再电离末期起作用。
2025-02-21 astro-ph.GA
The Obelisk simulation: galaxies contribute more than AGN to HI reionization of protoclusters
我们提出了方尖碑项目，宇宙学辐射流体动力学模拟的组装和再电离的原星团的祖先在第一个两个十亿年的大爆炸，下降到$z = 3.5$。模拟将晕解析到原子冷却极限，并跟踪不同电离源的贡献：恒星，活动星系核和碰撞。方尖碑项目是专门设计来研究高红移星系和类星体在有利于黑洞生长的环境中的共同演化。在本文中，我们建立了这两个辐射源的相对贡献，再电离和它们各自的作用，建立和维持高红移电离背景。我们的体积是典型的宇宙过密区域，并显示出类似于高红移原星团的恒星形成率和黑洞吸积率密度。我们发现氢的再电离是由内而外发生的，在我们的超密度中是由$z \sim 6$完成的，并且主要是由星系驱动的，而吸积黑洞只在$z \sim 4$中起作用。
2022-07-26 astro-ph.CO astro-ph.GA
The rate and contribution of mergers to mass assembly from NIRCam observations of galaxy candidates up to 13.3 billion years ago
School of Physics, University of Melbourne（墨尔本大学物理学院）；Australian Research Council Centre of Excellence for All-Sky Astrophysics in 3-Dimensions（澳大利亚研究理事会三维全天空天体物理学卓越中心）；INAF Osservatorio Astronomico di Roma（意大利国家天体物理研究所罗马天文台）；National Astronomical Research Institute of Thailand (NARIT)（泰国国家天文研究所）；INAF Osservatorio Astronomico di Padova（意大利国家天体物理研究所帕多瓦天文台）；Department of Physics and Astronomy, University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校物理与天文学系）；University of Ljubljana, Department of Mathematics and Physics（卢布尔雅那大学数学与物理系）；Department of Physics and Astronomy, University of California, Davis（加州大学戴维斯分校物理与天文学系）
基于JWST NIRCam对z=4-9星系样本的形态参数分析，识别出64个并合候选体（并合比例0.11±0.04），发现并合比例无红移演化，并合与非并合体恒星形成率无显著差异，表明并合对再电离时期星系质量增长的贡献需进一步研究。
2024-10-21 astro-ph.GA
AstraeusIV : Quantifying the star formation histories of galaxies in the Epoch of Reionization
我们使用的\textsc{astraeus}框架，耦合N体模拟与星系形成的半解析模型和再电离的半数值模型，量化的恒星形成历史（SFHS）的星系在第一个十亿年。探索辐射反馈的四个模型，我们适合每个星系的SFH在$z>5$为$\mathrm{log}(\mathrm{SFR}(z))=-α(1 + z)+β$ ;恒星形成被认为是随机的，如果它偏离这个适合超过$Δ_\mathrm{SFR}=0.6\,$ dex。我们的主要发现是：（i）恒星质量的形成分数和随机相的时间随着恒星质量和红移$z$的增加而减少。当恒星质量为$M_\star\sim10^7M_\odot$的星系在$z\sim5~(10)$中形成其恒星质量的$\sim70\%~(20\%)$时，对于具有$M_\star > 10^{10}M_\odot$的星系，在所有红移处都减少到$<10\%$;（ii）在随机相中聚集的质量分数和寿命不随辐射反馈模型的使用而显著变化;（iii）在所有红移下，对于具有$M_\star\lesssim 10^{8.5}M_\odot$的星系，$α$随恒星质量的增加而增加（对于最强辐射反馈模型，$α$随恒星质量的增加而减少），对于质量更大的星系，$β$随恒星质量的增加而收敛到$\sim0.18$。我们提出的拟合可以可靠地恢复恒星的质量和质量与光比的星系与$M_\star\sim10^{8-10.5}M_…
2021-10-13 astro-ph.GA
The First Luminous Quasars and Their Host Galaxies
红移高达7.5的发光类星体的发现表明，在宇宙大爆炸后不到10亿年的时间里，存在着数十亿个太阳质量的超大质量黑洞。它们伴随着宿主星系中激烈的恒星形成，精确定位了早期宇宙中大规模星系组装的地点，而它们的吸收光谱揭示了再电离时期中性星系际介质（IGM）的增加。从z=5-7处类星体密度的快速演化推断，我们预计在整个可观测宇宙中z~9处只有一个由10亿M_sun SMBH提供能量的发光类星体。在接下来的十年里，新的宽视场、深近红外（NIR）巡天将把红移前沿推到z~9-10的第一批发光类星体;与新的深X射线巡天相结合，将探测更暗的类星体种群，追踪SMBH生长的早期阶段。这些破纪录的类星体的识别，以及它们的BH质量和吸积特性的测量，需要下一代地面和空间望远镜在近红外波长进行灵敏的光谱观测。近红外的高分辨率积分场光谱学，以及毫米和无线电波长的观测，将共同提供类星体宿主星系及其宇宙黎明时的星系环境的全色视图，将SMBH的增长与最早的大质量星系的崛起联系起来。对最早期发光类星体的系统调查和多波长跟踪观测将有力地限制宇宙中第一批SMBH的播种和生长，并为研究再电离历史提供最佳视线。
2019-03-10 astro-ph.GA
Stellar Properties of z ~ 8 Galaxies in the Reionization Lensing Cluster Survey
在宇宙年龄小于10亿年时，对星系恒星性质的测量产生了一些关于恒星形成开始的唯一观测约束。我们在这里介绍的\textit{Spitzer} /IRAC成像光谱能量分布拟合的七个最高的红移星系的候选人从\emph{Hubble Space Telescope}成像的再电离透镜星系团巡天（MANICS）选择。我们发现，对于6/8的\textit{HST}选择的$z\gtrsim8$源，在包含\textit{Spitzer}通量后，$z\gtrsim8$解决方案仍然强烈优于$z\sim$ 1-2解决方案，并且两个更喜欢$z\sim 7$解决方案，我们推迟到稍后的分析。在我们的样本中，我们发现了一个广泛的内禀恒星质量（$5\times10^6 M_{\odot}$-$4\times10^9$ $M_{\odot}$），恒星形成率（0.2-14 $M_{\odot}\rm yr^{-1}$）和年龄（30-600百万年）。特别令人感兴趣的是Abell 1763 -1434，它显示了$z\sim8$恒星演化的证据，这意味着它的第一代恒星形成发生在大爆炸后的$< 100$ Myr。SPT 0615-JD，一个空间分辨的$z\sim10$候选者，仍然保持着它的高红移，得到了深\textit{Spitzer} /IRAC数据的支持，也显示了一些演化恒星种群的证据。即使这些$z \gtrsim 8$候选者…
2019-05-22 astro-ph.GA
Astraeus III: The environment and physical properties of reionization sources
在本文中，我们使用了N体dArk martEr模拟中星系形成和再电离的数值辐射传递耦合框架，它耦合了前十亿年的星系形成和再电离。探索了一些模型的再电离反馈和逃逸分数的电离辐射从银河系环境（$f_\mathrm{esc}$），我们量化的贡献的恒星形成星系{（与晕质量$M_h>10^{8.2}$ M $_\odot$）}再电离依赖于辐射反馈模型，$f_\mathrm{esc}$，和环境的过密度。我们的主要发现是：（i）对于常数$f_\mathrm{esc}$模型，中等质量星系（晕质量为$M_h\simeq10^{9-11}$ M $_\odot$，绝对紫外强度为$M_{UV} \sim -15$至$-20$）在中密度区域驱动再电离;（ii）$f_\mathrm{esc}$随着晕质量的降低而增加的情况下，星系人口将驱动再电离至低质量星系（$M_h\lesssim10^{9.5}$ M $_\odot$）与较低的光度（$M_{UV} \gtrsim-16$）和过密度;（iii）再电离印记其拓扑结构的电离发射率的低质量星系（$M_h\lesssim10^{9}$ M $_\odot$）通过辐射反馈。低质量星系经历辐射反馈对恒星形成的更强抑制，在过密区域表现出较低的电离发射率;（iv）$f_\mathrm{esc}$随星系性质的变化对再电离源及其可探测性的影响最大，辐射反馈强度和环境过密起着次…
2021-03-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
Modeling Dust Production, Growth, and Destruction in Reionization-Era Galaxies with the CROC Simulations II: Predicting the Dust Content of High-Redshift Galaxies
本研究利用CROC模拟结合后处理方法建模再电离时代星系尘埃过程，发现现有模型参数无法同时匹配多波段观测约束，指出尘埃分布观测可有力检验恒星反馈模型。
2023-08-22 astro-ph.GA
Bridging the Gap between Cosmic Dawn and Reionization favors Faint Galaxies-dominated Models
本文通过耦合物理驱动源模型与MCMC采样，证明低质量暗星系的高贡献和高光子逃逸率可同时满足宇宙黎明与再电离观测约束，并验证了其半解析方案与THESAN模拟结果一致。
2023-10-27 astro-ph.CO astro-ph.GA
Synergising semi-analytical models and hydrodynamical simulations to interpret JWST data from the first billion years
本研究通过将SPHINX20模拟结果融入DELPHI半解析模型，并探索eIMF与eSFE两种机制，成功解释了JWST观测到的$z\geq11$明亮星系丰度，发现低质量星系恒星形成贡献了约85%的电离光子，主导了再电离过程。
2025-04-22 astro-ph.GA
Towards Reconciling Reionization with JWST: The Role of Bright Galaxies and Strong Feedback
University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；Space Telescope Science Institute（太空望远镜科学研究所）；University of Zurich（苏黎世大学）；University of Edinburgh（爱丁堡大学）；University of the Western Cape（西开普大学）；New Mexico State University（新墨西哥州立大学）；University of Copenhagen（哥本哈根大学）；Technical University of Denmark（丹麦技术大学）
研究通过半解析框架联合校准JWST观测与再电离观测，发现强反馈和亮星系贡献能匹配JWST UVLF，但高估亮端；弱反馈模型则无法匹配高红移UVLF，但再电离历史更渐进，与CMB约束一致。
2026-04-17 astro-ph.CO astro-ph.GA
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
The Predicament of Absorption-Dominated Reionization: Increased Demands on Ionizing Sources
当电离光子到达宇宙的每一个角落时，再电离时代结束。再电离通常被认为主要受到星系产生电离光子的速率的限制，但是最近Becker等人（2021）在$z = 6$处测量到$0.75^{+0.65}_{-0.45}$适当Mpc的电离光子平均自由程非常短，这表明在其他电离的星系际介质中剩余中性氢的吸收可能比以前预期的要大得多。在这里，我们表明，这个短的平均自由程和同时代的暗像素分数在Ly $α$森林之间的一致性需要一个累积输出的$6.1^{+11}_{-2.4}$电离光子每重子再电离的结束。这意味着电离光子预算比以前的估计有了显著的增加，大大加剧了以后对星系电离输出测量的紧张局势。在我们的模型中，将这个约束转化为星系的瞬时电离产物，我们发现$\log_{10}f_{\rm esc}ξ_{\rm ion}/\text{(erg/Hz)}^{-1} =25.02_{-0.21}^{+0.45}$在$z\sim6$。即使对早期恒星星族的电离产生效率有乐观的假设，并假设星系光度函数扩展到极暗源（$M_{\text{UV}}\leq-11$），完全再电离也需要电离光子的逃逸分数超过整个星系群体的$20\%$。这比在任何较低红移的星系群中观察到的要大得多，这需要在宇宙时间的第一个十亿年后星系性质的快速演化。在现有的氢中性分数和平均自由程的观测限制下，这种紧张局势不能完全缓解。
2021-05-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
13 Billion Years of MgII Absorber Evolution
本研究利用分配积分法测量红移0到7范围内的MgII吸收体等值宽度分布，通过两种情景模拟结合高红移其他离子观测佐证，给出了跨越130亿年的MgII吸收体演化定量描述，为星系重子循环研究提供新见解。
2025-10-03 astro-ph.CO astro-ph.GA
Simulating the Cosmic Dawn with Enzo
我们回顾了二十年来使用恩佐流体动力学宇宙学代码来模拟宇宙黎明的进展，这一时期大约有10亿年，从宇宙中第一批恒星的形成开始，到宇宙再电离结束。使用不断增加的规模和复杂性的模拟，在长度和质量尺度上进行工作，并降低红移，建立一个覆盖整个时代的连接叙述。在本文的第一部分，我们借鉴了我们和我们的合作者已经取得的成果，使用恩佐宇宙学自适应网格细化代码。主题包括第三族恒星的形成，过渡到第二族恒星的形成，化学富集，第一个星系的组装，它们的高红移星系统计，以及它们在再电离中的作用。在本文的第二部分中，我们强调了物理困难，这将需要新的，更复杂的物理模拟来解决，从更广泛的文献调查。我们讨论了自洽的数值模拟和分析和半分析方法之间的健康的相互作用。最后，我们讨论了硬件和软件的技术进步，这将使一个新的类更逼真的模拟在未来的exascale超级计算机上进行。
2018-10-07 astro-ph.GA
Reionization in Technicolor
我们提出了Technicolor Dawn模拟，一套宇宙辐射流体动力学模拟的第一个12亿年。通过模拟一个空间不均匀的UVB的飞行与24个频率和解决暗物质晕下降到$10^8 M_\odot$内12 $h^{-1}$兆秒差距卷，我们的模拟统一观测星系际和环星系介质，星系和再电离到一个共同的框架。唯一一个被精确调整的参数，逃离星际介质的电离光子的分数$f_{\mathrm{esc,gal}}(z)$，被调整以匹配莱曼- $α$森林和宇宙微波背景的观测。通过这一单次校准，我们的模拟再现了再电离的历史;星系的恒星质量-恒星形成率关系; $z\sim5$处阻尼$α$吸收体（DLAs）的数密度和金属丰度;弱金属吸收体的丰度;紫外背景（UVB）振幅;以及$z=5.4$处的$α$通量功率谱。星系恒星质量和紫外光度函数是不足的$\leq2\times$，建议过于激烈的反馈模型。莱曼- $α$森林中的平均透射率在$z<6$处产生不足，表明UVB振幅和莱曼- $α$透射率的测量之间存在张力。观察到的SiIV柱密度分布被合理良好地再现（$\sim 1σ$低）。相比之下，CIV仍然显着不足，尽管被一个强烈的$>4$ Ryd UVB提高。通过增加金属产率来解决这个问题将过度产生弱吸收体和DLA金属量。相反，观测到的来自高红移星系的高电离辐射强度和来自其环境的吸收表明，传统恒星种群模型的电离通量太软。
2018-07-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
A SPectroscopic survey of biased halos In the Reionization Era (ASPIRE): A First Look at the Rest-frame Optical Spectra of $z > 6.5$ Quasars Using JWST
本研究利用JWST/NIRCam观测z>6.5类星体静止光学光谱，确认了再电离时期存在亿太阳质量级黑洞，并发现宽[OIII]成分普遍且两例呈显著蓝移，暗示星系尺度外流。
2023-04-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
Most of the photons that reionized the Universe came from dwarf galaxies
本研究通过分析再电离时期的8个超微弱矮星系，发现其电离光子产生率远高于预期，证明暗弱矮星系提供了宇宙再电离所需的大部分光子。
2024-04-30 astro-ph.GA
JWST UNCOVERs the Optical Size - Stellar Mass Relation at $4<z<8$: Rapid Growth in the Sizes of Low Mass Galaxies in the First Billion Years of the Universe
本研究利用JWST的UNCOVER等巡天数据，测量了4<z<8范围内近千个星系的多波段形态，发现宇宙最初10亿年低质量星系大小增长快于低红移预期，且大小-质量关系的斜率与弥散无演化。
2025-06-16 astro-ph.GA
Galactic wind X-ray heating of the intergalactic medium during the Epoch of Reionization
本文计算了再电离期（EoR）星系风的漫射软X射线发射率。我们考虑两个分析模型，压力驱动的风和超级气泡模型，和3D宇宙学模拟，包括气体动力学的第一个十亿年（FiBY）项目。分析模型被归一化以匹配附近宇宙中恒星形成星系的漫射X射线发射率。宇宙学模拟使用物理激发的恒星形成和风的处方，并包括辐射转移校正。所有的模型和模拟都被发现产生足够的加热的星系际介质可检测的当前和计划的无线电设施通过21厘米测量EoR。虽然分析模型预测相对于$z_{\rm trans} \simeq 8 - 10$设置的宇宙微波背景的21厘米发射信号，但FiBY模拟中的预测信号在再电离完成之前仍处于吸收状态。21 cm吸收差亮度温度达到最小值$ΔT \simeq -130$至$-200$ mK，具体取决于型号。允许来自高质量X射线双星的额外热量将跃迁推到发射到$z_{\rm trans} \simeq 10 - 12$，较浅的吸收特征具有最小值$ΔT \simeq -110$到$-140$ mK。21厘米的信号可能是区分风模型的一种手段，超级气泡模型有利于更早的再加热。虽然早期的发射转变可能表明X射线双星主导了再加热，但早在$z_{\rm trans} > 12$就向发射转变则表明存在额外的热源。
2017-08-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Evolution of 21-cm Structure (EOS): public, large-scale simulations of Cosmic Dawn and Reionization
我们介绍了21厘米结构的演变（EOS）项目：定期提供最新的宇宙学21厘米模拟的公开发布。21厘米干涉测量法将彻底改变对宇宙黎明（CD）和再电离时代（EoR）的研究，最终产生我们宇宙前10亿年的3D地图。进展将取决于复杂的数据分析管道，而这些管道又在大规模模拟观测中进行测试。在这里，我们介绍了2016年EOS数据发布，包括最大的（1.6 Gpc的一侧与1024^3网格），公开的CD和EoR的21厘米模拟。我们包括校准，次网格处方不均匀重组和光加热抑制恒星形成的小质量星系。我们提出了两个模拟运行，大约括号的贡献，从暗淡的看不见的星系。从这两个极端，我们预测再电离的持续时间（定义为平均中性分数从0.9到0.1的变化）应该在2.7 <Δ z < 5.7之间。根据模型的不同，在高级EoR阶段期间的大尺度21 cm功率可以相差约10倍。这种差异有一个可比的贡献：（i）典型的偏置源;和（ii）一个更有效的负反馈模型与一个扩展的EoR驱动的微弱星系。我们还进行可探测性预测。通过1000小时的积分，HERA和SKA 1-low应该在整个EoR/CD中实现约几百的信噪比，而在完美前景清洁的最乐观情况下，所有仪器都应该对宇宙信号进行统计检测。我们还警告说，我们清理前景的能力决定了SKA 1预期的窄/深与宽/浅调查的相对性能。我们的21厘米功率谱、模拟输出和可视化结果是公开的。
2016-02-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Great Escape: Understanding the Connection Between Ly$α$ Emission and LyC Escape in Simulated JWST Analogues
本研究利用SPHINX²⁰模拟的高红移星系模拟光谱，探究Lyα发射特征与LyC逃逸分数的关联，明确了不同Lyα特征对LyC泄漏的诊断能力，为再电离时期LyC逃逸研究提供了观测依据。
2024-06-24 astro-ph.GA
The thesan project: public data release of radiation-hydrodynamic simulations matching reionization-era JWST observations
THESAN项目公开发布了16个匹配再电离时代JWST观测的辐射流体动力学模拟数据集，结合AREPO-RT求解器与IllustrisTNG模型，为研究宇宙早期星系形成与再电离物理提供了全面资源，并通过与JWST观测对比验证了其准确性。
2024-03-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
Interpreting Galaxy Properties with Improved Modelling
对遥远宇宙中恒星形成星系的观测证实了大质量恒星在塑造星系发射和演化方面的重要性。遥远的恒星星族尚未解决，有限的数据必须在恒星星族模型的背景下进行解释。了解这些种群及其随年龄和重元素含量的演变是解释超新星、宇宙再电离和宇宙化学富集等过程的关键。随着JWST的即将发射和对大爆炸后10亿年内星系的观测，建模大质量恒星的不确定性-特别是它们与双星伴星的相互作用-对我们解释高红移宇宙变得越来越重要。反过来，对遥远的恒星星族的观测提供了更强有力的测试，以衡量当前大质量恒星模型的成功和缺陷。本文简要回顾了双星恒星星族合成的研究现状。
2019-12-16 astro-ph.GA
Rotation in [CII]-emitting gas in two galaxies at a redshift of 6.8
最早的星系预计将出现在宇宙的第一个十亿年的再电离时期。然而，在这个时代的光度选定的星系的光谱确认和他们的早期动力学状态的表征已受到阻碍，缺乏明亮的，可访问的线来探测其星际介质的速度结构。我们首次利用远红外[C II]λ157.74μm发射线对z > 6的此类源进行了ALMA光谱确认，并首次测量了z = 6.8540+/-0.0003和z = 6.8076+/-0.0002的两个星系的速度结构。值得注意的是，这些星系的[C II]线光度高于以前在z > 6.5的“正常”恒星形成星系中发现的光度。这表明，我们正在对星系群中的一部分进行采样，这与通过Lyα线探测发现的星系不同。明亮和扩展的[C II]探测揭示了清晰的速度梯度，如果解释为旋转，将表明这些星系具有湍流，但旋转主导的磁盘，与2 Gyr后在宇宙中午观察到的Hα发射星系相似的恒星-动力学质量分数。我们的新方法确认星系再电离过程中铺平了道路，更大的研究遥远的星系光谱红移从ALMA。特别重要的是，这为大爆炸后不到10亿年的星系中的高角分辨率[C II]动力学提供了机会。
2018-01-26 astro-ph.CO astro-ph.GA
Imprints of the first billion years: Lyman limit systems at $z \sim 5$
莱曼极限系统（LLS）追踪低密度环星系介质和星系际介质的最密集区域，因此它们的数密度和在高红移的演化，再电离后，是重要的约束。本文利用Giant Gemini GMOS巡天的$z \sim 5$的153个光学类星体光谱的均匀数据集，对高红移（$z_{\rm LLS} =3.5$-5.4）的LLS进行了巡天。我们的分析包括使用模拟光谱的调查偏差的详细调查，提供了重要的校正原始测量。我们估计在$z \approx 4.4$每单位红移的LLS发生率为$\ell(z) = 2.6 \pm 0.4$。结合我们的结果与以前的调查在$z_{\rm LLS} <4$，最适合的幂律演变是$\ell(z) = \ell_* [(1+z)/4]^α$与$\ell_* = 1.46 \pm 0.11$和$α= 1.70 \pm 0.22$（68\%置信区间）。尽管在以前的$z_{\rm LLS} <4$的结果提示，没有迹象表明从这个单一的幂律偏差后不久再电离。最后，我们将我们的新结果与以前的调查星系际和环星系介质约束的氢柱密度分布函数，$f(N_{\rm HI},X)$，超过10个数量级。$z \sim 5$的数据未被先前报告的$z \sim 2$-3（重新缩放后）的$f(N_{\rm HI},X)$模型很好地描述，拟合完整$z \sim 2$ -5数据集的7-枢轴模型在统计学上不可接受。我们的结论是，在…
2018-10-23 astro-ph.CO astro-ph.GA
Probing Reionization-Era Galaxies with JWST UV Luminosity Functions and Large-Scale Clustering
Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所）
本研究通过联合约束UVLF和偏置统计，揭示了再电离时期星系模型的关键参数，以准确解释JWST数据并改进早期宇宙演化理解。
2025-11-10 astro-ph.CO astro-ph.GA
Properties of reionization-era galaxies from JWST luminosity functions and 21-cm interferometry
下一代天文台将使我们能够以前所未有的细节研究我们宇宙的第一个十亿年。其中最重要的是HERA和SKA的21厘米干涉测量，以及詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）的高$z$星系观测。以一个基本的星系模型，其中我们允许恒星形成率和电离逃逸分数有一个幂律依赖于晕质量的指数营业额低于一定的阈值，我们量化如何从这些仪器的观测可以用来约束天体物理学的高$z$星系。为此，我们生成模拟JWST LF，基于两种不同的流体动力学宇宙学模拟;这些具有内在光度函数（LF），在不同的尺度上翻转，但与当今的观测完全一致。我们还生成模拟21厘米功率谱观测，使用1000小时观测SKA 1和一个温和的前景模型。仅使用JWST的数据，我们预测到2-3的改进（与HST相比）的恒星形成率的分数不确定性晕质量关系和规模的LF峰值（即营业额）的一个因素。大多数参数调节的紫外线星系的属性可以限制在$\sim 10$ %或更好的水平，如果（一）我们能够更好地表征系统的透镜不确定性比目前可能的;或（二）内在的LF峰值的幅度比$M_{\rm UV} \lesssim -13$亮。否则，对基于HST的推理的改进是适度的。当与即将到来的21厘米观测相结合时，我们能够显着减轻简并，并限制我们所有的天体物理参数，即使是我们对即将到来的JWST LF最悲观的假设。21厘米的观测结果也导致了一个数量级的改善，在限制的EoR的历史。
2019-09-03 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Evolution of the Galaxy Rest-Frame Ultraviolet Luminosity Function Over the First Two Billion Years
我们提出了一个强大的测量和分析的休息帧紫外（UV）光度函数在z=4-8。我们使用深哈勃空间望远镜成像的CANDELS/GOODS领域，哈勃超深场和1年哈勃前沿场深平行观测。这些巡天观测提供了这一时期0.6-1.2 x 10^6 Mpc^3的有效体积，使我们能够对暗星系（M_UV=-18）和亮星系（M_UV < -21）进行稳健的搜索。我们使用经过良好测试的光度红移技术选择候选星系，并仔细筛选污染物，找到了3.5<z<8.5的7446个星系的样本，其中z~6-8的星系超过1000个。我们使用马尔可夫链蒙特卡罗分析来测量亮度函数，以测量鲁棒的不确定性。在暗端，我们的结果与以前的研究一致，但我们发现在z>6处有更高丰度的紫外亮星系，在z>5处M* ~-21，与以前基于低红移趋势推断的结果不同。在z=8时，单一幂律提供了与UV光度函数同样良好的拟合，而在z=6和7时，在亮端处的指数截止是适度优选的。我们比较半解析模型，并发现，缺乏M* 的演变是一致的模型，其中尘埃衰减的亮度函数的亮端的影响降低在较高的红移。我们测量了宇宙恒星形成率密度的演化，修正了尘埃衰减，发现它在z>4时下降为（1+z）^（-4.3 +/- 0.5），与z>9时的观测结果一致。我们的观测结果与再电离历史一致，即从z>10开始，在z>6完成，在6.7<z<9.4达到中点（x_HII = 0.5）。最后，我们的观测预测明亮的…
2015-06-06 astro-ph.GA
Efficient semi-analytic modelling of Pop III star formation from Cosmic Dawn to Reionization
本文提出快速可解释的 abcd 半解析模型，自洽追踪宇宙黎明至再电离期间原始与富金属气体中的 Pop III/Pop II 恒星形成，并预测高红移光度函数、瞬变率和21-cm信号。
2025-10-01 astro-ph.CO astro-ph.GA
Mapping Obscuration to Reionization with ALMA (MORA): 2mm Efficiently Selects the Highest-Redshift Obscured Galaxies
我们目前的最大的阿塔卡马大毫米和亚毫米阵列（ALMA）空白领域连续调查进行的最新，映射遮蔽再电离与ALMA（MORA）调查覆盖184弧分$^2$在2毫米的特点。在13个探测到的$σ$高于5的星系中，有12个是来自星系的辐射，其中11个主要是冷尘埃辐射。这些源的中位红移为$\langle z_{\rm 2mm}\rangle=3.6^{+0.4}_{-0.3}$，主要基于光学/近红外（OIR）光度红移和一些光谱红移，其中77个$\pm$为$z>3$源的11%，38个$\pm$为$z>4$源的12%。这意味着2 mm选择是识别最高红移尘埃恒星形成星系（DSFG）的有效方法。较低红移的DSFGs（$z<3$）比$z>3$中的DSFGs多得多，但可能会在2 mm处退出。MORA表明，恒星形成率超过300 M $_\odot$ yr $^{-1}$的DSFG和相对稀少的$\sim$ 10 $^{-5}$ Mpc $^{-3}$对$3<z<6$之间的综合恒星形成率密度贡献了30%。2 mm选定的DSFG的体积密度与一些宇宙学模拟的预测一致，并且与其假设后代的体积密度相似：$z>2$的大质量静止星系。MORA源的光谱能量分布的分析提示在陡峭的气象测量的灰尘比典型的文献研究，与$\langleβ\rangle=2.2^{+0.5}_{-0.4}$发射率指数。MORA调查代表了在宇宙最初几十亿年中进…
2021-10-13 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Physics of Indirect Estimators of Lyman Continuum Escape and their Application to High-Redshift JWST Galaxies
本研究构建高红移恒星形成星系的LyC逃逸物理框架，评估现有间接诊断指标的有效性，建立定量预测模型，并发现多数JWST观测的z>6亮Lyα发射体逃逸分数不超过10%。
2024-03-13 astro-ph.GA
Environmental mechanisms shaping the nature of dwarf spheroidal galaxies; the view of computer simulations
我们回顾了在过去十年中进行的数值工作的环境机制的作用，在塑造已知的最微弱的星系，矮椭球体（dSphs）的性质。特别是，我们讨论了一个模型，其中dSphs起源于气体占主导地位的，盘状的矮星，几十亿年前的大规模星系吸积。在$z > 1$，当宇宙紫外线电离通量比今天高得多，因此能够保持矮星中的气体温暖和扩散时，矮星通过冲压压力和潮汐力迅速剥离其重子，产生非常暗物质占主导地位的天体，其恒星形成历史被截断，如Draco dSph。在这些低金属量的天体坠落之前，恒星形成效率很低，这对于保持它们的圆盘气体占主导地位至关重要，直到剥离开始。{ \it因此，气体剥离与低效的恒星形成提供了一种新的反馈机制，可替代光蒸发或超新星反馈，在矮星系形成和演化中发挥着至关重要的作用}。潮汐引起的不稳定性，被称为“潮汐搅动”，把幸存的恒星盘变成了一个球体。此外，我们根据这种情况研究了新发现的超微弱dSphs的特性，并认为它们可能属于不同的低质量矮卫星群。这些化石大多是由再电离作用而不是环境机制形成的，因此是“再电离化石”的良好候选者。我们讨论的形态变换的情况下的子结构问题的影响。（节录）
2009-09-22 astro-ph.CO astro-ph.GA
Early results from GLASS-JWST. X: Rest-frame UV-optical properties of galaxies at 7 < z < 9
作为GLASS-JWST早期释放科学计划的一部分，我们提出了第一个詹姆斯韦伯空间望远镜/NIRCam领导的基于0.8至5~ $\mathrm{μm}$宽带成像的$7<z<9$星系性质的确定。这是迄今为止在这些波长下获得的最深的数据集，角分辨率为$\lesssim0.14$ arcsec。我们从$m_{AB}\leq 28$的8弧分$^2$数据中，用F444 W中的$S/N\gtrsim8$强有力地识别了13个星系，这些数据来自于dropout和光度红移选择的组合。根据模拟数据建模，我们估计脱落样品纯度为$\gtrsim90\%$。我们发现，这些F444 W选定的源的数量密度与哈勃太空望远镜数据确定的紫外光度函数的预期大致一致。我们使用贝叶斯光谱能量分布拟合方法来表征星系的物理性质，发现中值恒星质量$10^{8.5}M_\odot$和年龄1.4亿年，表明它们在红移$z>9.5$时开始电离周围环境。它们的恒星形成主序列与模拟预测一致。最后，我们介绍了一个分析框架，以限制主序列的演化在$z>7$基于星系年龄和基本假设，通过它，我们发现的结果与宇宙学模拟的预期一致。虽然这项工作只是对被认为是驱动宇宙再电离的典型星系的特性进行了一瞥，但它清楚地表明了JWST在前十亿年中揭示星系形成的前所未有的细节的潜力。
2022-10-04 astro-ph.GA
X-rays and hard UV radiation From the First Galaxies: Ionization Bubbles and 21 cm Observations
第一批恒星和类星体是宇宙最初10亿年中已知的硬电离辐射源。我们研究的联合效应的X射线和硬紫外线辐射从这样的第一光源上的星系际介质（IGM）的氢和氦再电离的早期，以及相关的加热。我们研究的增长和演化的个别HII，HeII和HeIII地区周围的早期星系的第一个恒星和/或类星体人口。我们发现，在氦电离辐射的存在下，X射线在红移z = 10-20时可能并不主导IGM的电离和热历史，对IGM电离的贡献相对较小，并在IGM温度下加热到约10^3- 10^5 K。我们还计算了21厘米的信号，预计从一些情况下，无金属星暴和类星体在这些红移。在这种情况下，自旋温度的峰值达到约10^4 ~ 10^5 K。21 cm亮度温度的最大值在发射中约为30-40 mK，而21 cm吸收信号的净值在0.01-1 Mpc的尺度上从约几mK到60 mK。我们发现，21厘米签名的X射线与紫外线电离可能是不同的，与预期的发射信号单独从X射线发生在较小的尺度比从紫外线辐射，从固有的不同的空间尺度，在X射线和紫外线电离/加热的表现。这种差异是时间依赖性的，并且随着X射线对总电离光子产生的贡献的增加而变得更难区分。因此，这种不同的尺度依赖的贡献，从X射线和紫外光子可能会“模糊”的21厘米签名周围的早期晕（取决于是否建立了宇宙X射线或紫外线背景）的电离气泡的渗透，并影响21厘米数据的解释约束再电离。
2011-07-15 astro-ph.CO astro-ph.GA
21cmEMU: an emulator of 21cmFAST summary observables
本文提出 21cmEMU 模拟器，以九个星系参数高效预测 21cmFAST 的六类汇总观测量，在亚百分位精度下将计算成本降低逾万倍，并展示了其在约束能力比较、晚期再电离影响分析及 HERA 观测预测中的应用。
2024-07-16 astro-ph.CO astro-ph.GA stat.ML
EDGE: From quiescent to gas-rich to star-forming low-mass dwarf galaxies
利用宇宙学高分辨率（$3 \, \text{pc}$）流体动力学模拟研究了低质量场矮星系（$10^5 \leq M_{\star} \leq 10^6 \, \text{M}_{\odot}$）中恒星形成的规律。宇宙再电离淬灭了我们模拟的所有矮星中的恒星形成，但最终动力学质量为$3 \times 10^{9} \,\text{M}_{\odot}$的三个星系随后能够通过缓慢吸积气体来补充它们的星际介质。其中两个星系以平均$10^{-5} \, \text{M}_{\odot} \, \text{yr}^{-1}$的速率重新点燃并维持恒星形成，直到今天，这让人非常想起观察到的低质量恒星形成矮不规则星，如Leo T。由于恒星风和Ia型超新星的残余反馈，恒星形成的恢复被推迟了数十亿年;即使在$z=0$，第三个星系仍然处于暂时的平衡状态，有大量的气体含量，但没有任何正在进行的恒星形成。使用“遗传修饰”的方法，我们创建一个替代的质量增长的历史，这个富含气体的静止矮星，并显示如何一个小的$(0.2\,\mathrm{dex})$增加动态质量可以克服残余的恒星反馈，重新点燃恒星形成。反馈和质量积累之间的相互作用产生了低质量矮星的恒星年龄和气体含量的多样性，这将通过结合下一代HI和成像调查进行探测。
2020-08-10 astro-ph.CO astro-ph.GA
Massive Galaxies Form Early and Gray: Stellar Assembly and Dust Attenuation at $\mathbf{z>3.5}$ from CAPERS
The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；Cosmic Frontier Center, The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校宇宙前沿中心）；NSF’s National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory（美国国家光学-红外天文研究实验室）；Space Telescope Science Institute（太空望远镜科学研究所）
研究通过JWST光谱数据揭示z>3.5高红移巨大星系的恒星组装和尘埃消光特性，发现高质量星系倾向于浅灰尘埃消光曲线，且星系形成时间存在显著多样性。
2026-05-13 astro-ph.GA
