Cosmic Reionization On Computers: Baryonic Effects on Halo Concentrations During the Epoch of Reionization
重子既通过绝热收缩增加晕的浓度,又通过反馈过程排出质量。然而,在再电离时期普遍存在的辐射场如何影响暗物质晕中浓度的演化还不是很清楚。我们研究重子物理在再电离时代如何修改计算机宇宙再电离(CROC)模拟中的暗物质晕结构。我们使用两种不同的措施晕浓度量化的影响。我们比较浓度的晕之间匹配的全物理模拟和暗物质只有模拟$5 \leq z \leq 9$之间具有相同的初始条件。全物理模拟中的重子确实会将物质拉向中心,与仅暗物质模拟相比,增加了最大圆周速度。然而,它们的总体影响要比所有重子简单地集中在中心的情况小得多,这表明加热过程有效地抵消了冷却效应。最后,我们表明,在$z\approx5$晕浓度的重子效应是相对不敏感的再电离历史的环境变化。这些结果是有关模型的星系晕连接在再电离的时代。
2022-09-29 astro-ph.CO astro-ph.GA
Constraints on the Star Formation Efficiency of Galaxies During the Epoch of Reionization
再电离被认为发生在$6 < z < 9$的红移范围内,现在正在通过深星系调查和CMB观测进行探测。使用晕丰度匹配的红移范围$5<z<8$和假设平滑,连续的气体吸积,我们开发了一个模型的恒星形成效率$f_{\star}$暗物质晕在$z>6$,匹配测量的星系光度函数在这些红移。我们发现$f_{\star}$在晕质量$M \sim 10^{11}$ -- $10^{12}$ ~M $_\odot$处的$\sim 30\%$峰与其在较低红移处的行为定性一致。然后,我们调查的宇宙恒星形成的历史和相应的再电离模型的一系列外推到小晕质量。我们使用各种观测来进一步限制星系种群的特征,包括紫外光子的逃逸分数。我们的方法提供了一个精确的校准,物理动机的模型,恒星形成星系的属性源的时代的再电离。在低质量晕中恒星形成效率最高的情况下,平均逃逸分数$\sim0.1$可以重现普朗克报告的光学深度,而在这些晕中低效的恒星形成需要大约两倍的紫外光子逃逸,或者逃逸分数向更高的红移增加。我们的模型还预测了JWST未来的观测如何提高我们对这些星系群的理解。
2016-04-22 astro-ph.GA
Dynamical Properties of Molecular-forming Gas Clumps in Galaxies at the Epoch of Reionization
利用宇宙学放大模拟研究了分子形成气体团簇(MGCs)在再电离阶段的性质。我们确定MGCs在z=6的原型星系(“Althaea”)使用H2密度为基础的团块发现。我们比较它们的质量,尺寸,速度色散,气体表面密度和维里参数(alpha_vir)的观测。在阿尔泰,典型的MGC质量和大小为Mgas=10^6.5 Msun,R=45-100 pc,与附近的旋涡星系和星暴星系相当。MGCs是高度超音速的,并受到湍流的支持,其均方根速度色散为sigma_gas=20-100 km s^-1,压力为P/k_B=10^7.6 K cm^-3(即,> 1000倍于银河系),类似于在附近和z~2富气体星暴星系中发现的。此外,我们进行稳定性分析,了解的起源和动力学性质的MGCs。我们发现,MGC在蜀葵主盘中是全局稳定的。恒星形成预计发生在云和核心中的更小尺度的区域,反而具有较低的α_vir和Toomre-Q值。因此,对再电离时期恒星形成气体动力学的详细研究需要<40 pc(=0.01”)的空间分辨率,这是阿塔卡马大(亚)毫米阵列和下一代甚大阵列可以达到的。
2020-04-22 astro-ph.GA
Dark-ages reionization and galaxy formation simulation - III. Modelling galaxy formation and the epoch of reionization
我们介绍Meraxes,一个新的,专门建造的半解析星系形成模型,旨在研究星系的增长过程中再电离。Meraxes是其类型的第一个模型,包括时间和空间耦合的再电离治疗,是建立在一个自定义(100 Mpc)$^3$ N体模拟与高时间和质量分辨率,使我们能够解决星系和恒星形成物理相关的早期星系形成。我们的基准模型与超新星反馈再现观测到的光学深度电子散射和演化的星系恒星质量函数之间的$z$ =5和7,预测范围广泛的晕质量有助于再电离。使用恒定的逃逸分数和全球复合率,我们的模型是无法同时匹配观测到的电离发射率在$z{\lesssim}6$。然而,在$z{\sim}6$处使用0.05-0.1的演化逃逸分数,向更高的红移增加,能够满足这三个约束。我们还表明,光电离抑制低质量星系形成在再电离过程中只有一个小的影响,星系间介质的电离历史。这种缺乏“自我调节”的情况是由于超新星反馈已经有效地淬灭了恒星的形成。只有在气体供应有限的恒星形成模型中,再电离反馈才能有效地调节星系的生长。我们同样发现,再电离对恒星质量函数只有很小的影响,在$M_{\rm *}{>}10^{7.5}\,{\rm M_{\odot}}$没有观测可检测的印记。然而,斑片状再电离对单个星系质量有显著影响,在$z$ =5时,与环境相关的因子变化为2-3。
2016-08-18 astro-ph.GA
Probing the Epoch of Reionization with the Lyman Alpha Forest at z~4-5
不均匀的宇宙学再电离过程在z=4-5的星系际介质中留下了有形的印记。莱曼α森林通量功率谱提供了一个潜在的强大的探测时代的再电离。利用现有的SDSS I/II类星体样品,在没有其他物理过程影响Lyman α通量功率谱的情况下,利用z=4.5 ± 0.5处的Lyman α森林吸收谱,可以在~7 σ水平上区分两种宇宙学再电离方案,一种在z=6处完成再电离,另一种在z=9处完成再电离.红移范围z=4-5可能提供最好的窗口,因为仍然有足够的透射通量和类星体来测量通量波动的精确统计,并且IGM仍然保留了大量的再电离记忆。
2009-07-09 astro-ph.CO astro-ph.GA
Spectral Signatures of Population III and Envelope-stripped Stars in Galaxies at the Epoch of Reionization
虽然大多数对再电离时代的模拟都集中在恒星形成矮星系中的单恒星星族,但预计双星演化的产物将对氢电离光子的排放做出重大贡献。在这些产物中,有剥离星(或氦星),它们的外壳从与双伴星的相互作用中剥离,留下暴露的氦核心。以前的工作表明,这些剥离的恒星可以主导高红移低光度星系的LyC光子输出。早期宇宙中的其他硬辐射源包括零金属丰度的第三族恒星,它们可能与辐射主要由剥离恒星辐射的星系具有类似的SED性质。在这里,我们使用两个指标(幂律指数在波长间隔240-500,600-900,和1200-2000,和FUV波长的总光度比LyC波长)比较模拟星系的SED只有单一的恒星演化,星系包含剥离的恒星,星系包含第III族恒星,四个不同的IMF。我们发现,剥离的恒星显着改变星系的LyC范围内的SEDs在再电离的时代。存在剥离恒星的星系中的SED在LyC范围内具有较低的幂律指数,并且FUV与LyC的光度比也较低。这些SED的差异存在于所有被考虑的光度($M_{UV} > -15$,AB系统),并且在较低光度的星系中最为明显。我们还发现,与剥离的恒星和Pop III星的星系的SED是彼此不同的所有测试的IMF。
2021-08-10 astro-ph.GA
Detection of a possible superluminous supernova in the epoch of reionization
在我们的三个暗能量照相机深场之一中检测到了一个有趣的瞬态。这些深场的观测利用了Cerro Tololo Interamerican Observatory Blanco望远镜上DECam的高红色灵敏度。该测量包括在z = 6处具有静止波长1430 nm的Y带。测量场(Prime场0555-6130,16小时场1600-75和SUDSS新南方场)比其他红外测量更深。它们是绕极的,可以有效地利用整个夜晚,利用月球1微米观测的公差,以尽量减少与暗能量调查的冲突。作为i波段的丢失(意味着莱曼α的通量衰减短于i波段),我们在这里报告的瞬变是一个z ~ 6的超新星候选者,其光度与已知的最亮的当前时代超亮超新星相当(即,~ 2 x 10^11太阳光度)。
2017-05-30 astro-ph.GA
Astro2020 Science White Paper: A proposal to exploit galaxy-21cm synergies to shed light on the Epoch of Reionization
本白皮书强调了WFIRST、斯巴鲁Hyper Suprime-Cam或其他> 25米级望远镜星系观测与SKA 21厘米测量之间的关键和紧迫的协同作用,以限制再电离的性质(电离历史和拓扑结构)及其来源。
2019-03-08 astro-ph.CO astro-ph.GA
Studying the Reionization Epoch with QSO Absorption Lines
类星体光谱中的吸收特征是我们研究高红移星系和星系际环境的最有力的工具之一。随着z > 7的类星体的发现,类星体吸收线现在正在使用氢莱曼- $α$森林和重元素吸收体跟踪多个前沿上的再电离结束阶段。利用大型光学/红外望远镜进行的下一代类星体吸收线研究将详细揭示第一批星系是如何形成宇宙网的,如何改变它们的环星系和星系间环境,以及如何完成宇宙最后一次重大的相变。这些努力将补充其他即将进行的再电离研究,如JWST,ALMA和红移21厘米实验。
2019-03-12 astro-ph.CO astro-ph.GA
Simulating Cosmic Reionization and the Radiation Backgrounds from the Epoch of Reionization
大规模的再电离模拟相结合的宇宙学N-体模拟,模拟不断变化的密度和速度场,并确定星系晕源的结果,与射线跟踪辐射转移计算模型的非平衡电离的星系际介质。这些模拟已被用来预测宇宙辐射背景,包括CMB,近红外和红移21厘米背景的再电离的一些签名的影响。我们总结了我们最近在这项工作中取得的一些进展,并解决这样的签名效果的观测是否可以用来区分不同质量的星系再电离的相对贡献的问题。
2012-11-02 astro-ph.CO astro-ph.GA
Astraeus VI: Hierarchical assembly of AGN and their large-scale effect during the Epoch of Reionization
在这篇文章中,我们使用ASTRAEUS(N体暗物质模拟中星系形成和再电离的半数值辐射转移耦合)框架来研究宇宙再电离源的性质。我们扩展ASTRAEUS,它已经耦合了一个星系形成半解析模型与详细的半数值再电离计划,包括一个模型的黑洞的形成,增长,并从相关的活动星系核(活动星系核)的电离辐射的生产。我们校准了我们的基准活动星系核模型,以再现z ~ 5处的热光度函数,并探讨了由此产生的活动星系核人口在宇宙再电离中的作用。我们发现,在所有得到合理活动星系核光度函数的模型中,星系在再电离时期的电离收支中占绝对优势,活动星系核在z=6时占电离收支的1-10%,只有在z < 5时才开始发挥作用。
2022-07-26 astro-ph.CO astro-ph.GA
Japanese Cosmic Dawn/Epoch of Reionization Science with the Square Kilometre Array
宇宙再电离被认为是宇宙中气体的主要相变。由于早期宇宙中形成的天体,如第一批恒星、星系和黑洞,被认为引起了宇宙再电离,因此这些天体的形成历史和性质与再电离过程密切相关。尽管探索再电离的重要性,但我们对再电离的认识还不够充分。平方公里阵列(SKA)是下一代大型望远镜,将在未来十年内运行。虽然目前有几个下一代望远镜计划,但SKA将是唯一一个有可能直接观测z~30的中性氢的望远镜,并为我们提供有关宇宙黎明(CD)和再电离时代(EoR)的宝贵信息。SKA的早期科学将在几年内开始;因此,现在是我们制定SKA CD/EoR科学战略的时候了。本文件的目的是介绍日本在SKA项目中的科学兴趣,并报告我们的调查结果。
2016-03-07 astro-ph.CO astro-ph.GA
Constraining the Epoch of Reionization With Highly Dispersed Fast Radio Bursts
星系际介质(IGM)中的氢被电离的时期,被称为再电离时期(EoR)仍然知之甚少。EoR的时间和持续时间预计将由基本的天体物理学决定。此外,大多数再电离模型预测的密度和电离场之间的相关性。在这里,我们考虑使用高红移快速射电暴(FRB)的平均色散测度(DM)作为一个潜在的天体物理和EoR形态的探针。要做到这一点,我们预测观测的情况下,通过建立模拟数据集的红移之间的非重复FRB $8\leq z \leq 10$。假设所有的FRB都有伴随的光谱红移测量。我们发现,在上述窄红移范围内,100个高红移FRB的样品可以在$68\%$可信度下排除不相关再电离,而较大的样品,$\geq 10^4$ FRB,可以在$95\%$可信度下排除不相关再电离。我们还发现100个高红移FRB可以排除宇宙在$z = 10$完全中性的情况,具有$68\%$可信度。此外,对于$\geq 10^5$ FRB,我们可以将再电离的持续时间$Δz$(平均电离分数0.25至0.75之间的持续时间)限制为$Δz = 2.0^{+0.5}_{-0.4}$,并将再电离的中点限制为$95\%$可信度下的$z = 7.8^{+0.4}_{-0.2}$。
2021-03-04 astro-ph.CO astro-ph.GA
Stacking 21-cm Maps around Lyman-$α$ Emitters during Reionization: Prospects for a Cross-correlation Detection with the Hydrogen Epoch of Reionization Array
本研究利用HERA仪器叠加LAEs周围的21厘米图像,预测交叉相关信号探测前景,表明约50个LAEs样本即可约束再电离历史,为未来联合分析奠定基础。
2025-10-08 astro-ph.CO astro-ph.GA
Constraints on the electron-to-proton mass ratio variation at the epoch of reionization
利用CI和CII的远红外精细结构跃迁和CO的转动跃迁,研究了再电离时(z > 6)电子-质子质量比μ = m_e/m_p的假设变化。Δ mu/mu =(mu_obs - mu_lab)/mu_lab =(0.7 +/- 1.2)x10^-5(1 σ)的约束条件在= 6.31处得到<z>,这是迄今为止在如此高的红移下对mu变化的最严格限制。对于在z = 0和z = 1100之间的所有可用Δ mu/mu估计值,-重组时期,-推导出回归曲线Δ mu/mu = k_mu(1+z)^p,其中k_mu =(1.6 +/- 0.3)x10^-8,p = 2.00 +/- 0.03。如果得到证实,这将意味着暗物质/暗能量的动力学性质。
2020-08-25 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
A CRASH simulation of the contribution of binary stars to the epoch of reionization
我们使用一组三维辐射转移模拟研究的效果,星系中的双星的大部分在再电离时代的星系际介质的物理性质(即气体温度和电离状态的氢和氦),电离气泡的拓扑结构和21厘米的功率谱。与以前的文献一致,我们发现双星的加入可以加速HI和HeI的再电离过程,而HeII的再电离仍然由更高能量的源,特别是吸积黑洞主导.双星较早的电离使得有更多的时间来冷却和复合,因此在任何给定的红移下,被双星完全电离的气体通常比被单星电离的气体更冷。在体积平均电离分数相同的情况下,双星的加入会导致更少的小电离泡和更多的大电离泡,在21 cm功率谱的大尺度上也有可见的影响。
2022-04-08 astro-ph.CO astro-ph.GA
Forecasting [C II] line-intensity mapping measurements between the end of reionization and the epoch of galaxy assembly
我们结合最近的模拟工作的SFR-[C II]的相关性在高红移与经验建模的星系晕连接(通过UniverseMachine)预测[C II]自动功率谱从$z\sim4$到$z\sim8$。我们将这些与预计在未来十年上线的各种工具的实际预期敏感性进行比较。如果我们模型的预测是正确的,[C II]在这一代的巡天中应该可以探测到$z\sim6$,但是在再电离结束后探测到[C II]将需要谱线强度巡天能力的一代飞跃。
2020-02-25 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Neutral Islands during the Late Epoch of Reionization
再电离时期电离场的大尺度结构可以用漂移集理论来模拟。早期电离区的生长可用“气泡模型”描述,而中性区在电离区渗流后的收缩过程则可用“岛模型”描述。建立了一个基于偏移集的分析模型和半数值程序(islandFAST)。电离背景和岛内部的气泡也包括在处理中。在模型中,考虑了大尺度欠密中性岛和小尺度过密团簇两种电离光子吸收体,电离背景自洽演化。
2018-01-12 astro-ph.CO astro-ph.GA
Exploring the epoch of hydrogen reionization using FRBs
我们描述了三种利用快速射电暴(FRB)探测氢再电离时期的不同方法,并为高红移(z)处FRB的存在提供了论据。最简单的方法,观测,是确定最大的色散措施(DM $_{\rm max}$)的FRB的合奏,其中包括在再电离爆发。DM $_{\rm max}$提供了关于再电离的信息,就像CMB到汤姆逊散射的光学深度一样,如果DM $_{\rm max}$可以测量到优于500 $\mbox{pc cm}^{-3}$的精度,它有可能比普朗克的约束更精确。另一种方法是以$\sim10\%$精度测量z为6-10之间的约40个FRB的红移,以获得具有$\sim4\%$精度的4个不同z仓中的平均电子密度。这两种方法不需要知道FRB的光度函数和可能的红移演化。最后,我们表明,再电离的历史是反映在每单位DM的FRB的数量,给出一个注量有限的调查FRB,包括在再电离时代的爆发,我们表明使用消防模拟DM的贡献从FRB宿主星系$\&$ CGM在再电离时代是所观察到的DM的一小部分。第三种方法不需要红移信息,但需要FRB光度函数的知识。
2021-02-01 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Robust Intensity Mapping Analysis against Foregrounds for the Epoch of Reionization
强度映射HI 21厘米线和CO 2.61毫米线从再电离时代已经成为强大的,互补的,高红移宇宙的探针。然而,这两个地图和它们的互相关是由前景占主导地位。我们提出了一种新的分析,通过这种分析,信号是无偏的前景,即它可以测量没有前景缓解。我们构造了HI-CO互相关的反对称部分,这是因为两个场的统计涨落在时间上有不同的演化。我们表明,这个新的信号的符号可以区分模型独立是否由内而外的再电离发生在一定的时间间隔。
2021-01-08 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
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
Probing the Epoch of Reionization with Milky Way Satellites
虽然高红移恒星形成和本地宇宙之间的联系最近已被用来了解在银河系(MW)晕中观测到的微弱矮星系的人口,我们探讨如何以及这些附近的物体可以探测第一光的时代。我们构建了一个详细的,物理动机的MW卫星模型的基础上,国家的最先进的通过Lactea II暗物质模拟。我们的模型考虑了低质量系统中的分子氢冷却和银河系内部再电离过程中的非均匀光热反馈。我们发现,比M_V ~ -5更暗的MW卫星的存在是低质量晕中H_2冷却的有力证据,而M_V ~-5> -9的卫星则受到氢冷却和光加热反馈的影响。非常低光度系统中恒星的年龄和这些卫星的最小光度是我们模型的关键预测。大多数居住在最明亮的MW卫星上的恒星可能是在再电离时期之后形成的。我们的模型还预测了M_300值的离散度要比观测到的大得多,并且预测了一些M_300质量低至10^6太阳质量的发光卫星。
2009-09-10 astro-ph.CO astro-ph.GA
Unveiling the Phase Transition of the Universe During the Reionization Epoch with Lyman-alpha
再电离时代(6 < z < 10)标志着我们宇宙中第一个大星系成长成熟并开始影响周围宇宙的时期。大质量恒星和潜在的吸积超大质量黑洞使宇宙充满了电离辐射,烧掉了自复合(z~1000)以来充满星系际介质(IGM)的中性气体薄雾。这一过程的演变限制了这些最早的光源的关键特性,因此在观测上限制再电离是未来十年的一个关键科学目标。从光度学确定的星系中测量莱曼α辐射是一个高度限制的再电离探测器,因为中性IGM会共振散射这些光子,降低可探测性。虽然8- 10米望远镜已经完成了大量的工作,但这些观测需要超大型望远镜(ELT);今天10米级望远镜的通量极限仅足以观测已知最亮的星系(m < 26)。用巨型麦哲伦望远镜(GMT)和30米望远镜(TMT)进行的超深探测将能够探测到比今天最深探测微弱2-3个星等的星系的莱曼α辐射。GMT上的宽场光纤光谱学与TMT上的窄场AO辅助狭缝光谱学相结合,将能够探测整个再电离时期电离气泡的预期大小,随后使用宽场红外空间望远镜进行度尺度深度成像调查。这些数据将提供第一个解决莱曼α为基础的地图的电离星系际介质在整个时代的再电离,约束模型的时间和空间演变的这种相变。
2019-03-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
Detection of an oxygen emission line from a high redshift galaxy in the reionization epoch
宇宙再电离过程中星系中星际介质的物理性质和元素丰度对于理解星系在这一过程中的作用是很重要的。我们报告了阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列探测到的氧发射线在88微米的波长从一个星系在大爆炸后约7亿年的时代。这个星系的氧丰度估计约为太阳的十分之一。没有探测到远红外连续辐射表明银河系中缺乏星际尘埃。在158微米波长处的碳排放线也没有被检测到,这意味着中性气体的数量异常少。这些特性可能允许电离光子逃逸到星系际介质中。
2016-06-15 astro-ph.CO astro-ph.GA
SKA-ESO Synergies for the Epoch of Reionization and Cosmic Dawn
本文探讨了利用SKA的21厘米线观测宇宙黎明与再电离纪元时,与ESO望远镜进行交叉相关的协同作用,重点介绍了MOONS、MOSAIC和ANDES等最具前景的交叉相关候选仪器。
2025-03-05 astro-ph.CO astro-ph.GA
Constraints on the Epoch of Reionization with Roman Space Telescope and the Void Probability Function of Lyman-Alpha Emitters
研究利用Roman空间望远镜深度光谱巡天结合Lyman-α发射体的空洞概率函数,量化了不同IGM电离情景下的聚集特征,发现13-16平方度巡天能对再电离时期提供大于5-8σ的稳健限制。
2023-04-04 astro-ph.CO astro-ph.GA
Position-dependent power spectra of the 21-cm signal from the epoch of reionization
来自再电离时期的21厘米信号是非高斯的。目前的射电望远镜专注于探测21厘米功率谱,但在未来,平方公里阵列预计将提供双谱的第一次测量。已有的研究表明,位置相关功率谱是一种简单而有效的方法来探测压缩极限双谱。在这种方法中,调查被划分为子体积和局部功率谱和相应的子体积的平均密度之间的相关性计算。这种相关性相当于双谱在压缩极限下的积分,但比通常的双谱估计更容易实现。它也有一个明确的物理解释:它描述了示踪剂的小尺度功率谱,如星系和21厘米的信号如何响应大尺度环境。再电离自然地耦合大尺度和小尺度,因为银河系源产生的电离辐射在此过程中可以通过星系际介质传播高达数十兆秒差距。在这里,我们适用于位置依赖的功率谱方法的波动在21厘米的背景再电离。我们发现,这个统计量有一个独特的演变,可以理解一个简单的分析模型。我们还表明,统计可以很容易地区分简单的“由内而外”和“由外而内”的再电离模型。因此,位置相关的功率谱是一种很有前途的方法来验证再电离信号,并提取高阶信息的这个过程。
2019-02-27 astro-ph.CO astro-ph.GA
Line Intensity Mapping Prediction from the Cosmic Dawn (CoDa) III Simulation for H$α$ from Galaxies and the Intergalactic Medium during the Epoch of Reionization
利用CoDa III模拟预测再电离时期星系和IGM的H$α$发射强度与来源,提供LIM实验(如SPHEREx和CDIM)的模拟数据以指导观测。
2025-04-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
POLAR -- I: linking the 21-cm signal from the epoch of reionization to galaxy formation
本研究开发了结合辐射转移与星系形成模拟的POLAR算法,验证了其与观测的一致性,并揭示了星系形成参数对紫外光度函数和21厘米功率谱的不同影响机制。
2023-04-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
AMBER: A Semi-numerical Abundance Matching Box for the Epoch of Reionization
再电离时期的绝对匹配盒(AMBER)是一个模拟宇宙黎明的半数字代码。新算法不是基于再电离的偏移集理论,而是采用新的方法计算再电离-红移场$z_\mathrm{re}(\boldsymbol{x})$,假设遇到较高辐射强度的氢气更早被光电离。根据给定的质量加权电离分数$\bar{x}_\mathrm{i}(z)$,在匹配电离质量丰度的同时分配红移值。该代码具有独特的优势,允许用户直接指定通过红移中点$z_\mathrm{mid}$,持续时间$Δ_\mathrm{z}$,和不对称$A_\mathrm{z}$输入参数的再电离历史。再电离过程由星系形成的最小晕质量$M_\mathrm{min}$和辐射转移的辐射平均自由程$l_\mathrm{mfp}$进一步控制。我们实现了改进的方法来构建密度,速度,晕,辐射场,这是必不可少的组成部分建模再电离观测。我们比较琥珀与其他两个半数值方法,发现我们的代码更准确地再现辐射流体动力学模拟的结果。并行代码比辐射转移模拟快四个数量级,将有效地实现大体积模型,全天空模拟观测和参数空间研究。AMBER将公开提供,以促进和改变EoR的研究。
2022-05-10 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
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
Cosmological probes of helium reionization
本研究提出联合宇宙红外背景、高红移星系与CMB数据,通过运动学苏尼亚耶夫-泽尔多维奇层析成像探测氦再电离时期,预计未来结合多设备数据可达8-10σ探测显著性,助力理解早期天体物理过程。
2023-08-01 astro-ph.CO astro-ph.GA
A joint measurement of galaxy luminosity functions and large-scale field densities during the Epoch of Reionization
当代望远镜最令人兴奋的进步之一是在再电离时期探测星系,使用深场将这些仪器推向极限。我们必须优化对这些领域的分析,以便从中提取尽可能多的信息。特别是,测量星系光度函数的标准方法丢弃了关于大尺度暗物质密度波动的信息,尽管这种大尺度结构在宇宙黎明期间驱动了星系形成和再电离。测量这些密度将提供一个可观测的基础,将星系调查与再电离过程和结构形成的理论模型联系起来。在这里,我们使用现有的哈勃深场数据,同时适合的通用光度函数和测量大尺度密度为每个哈勃深场在$z =$ 6- 8直接将先验的大尺度密度场和星系的偏见。我们的通用光度函数的拟合与以前的方法是一致的,但在细节上有所不同。这是第一次,我们测量的调查领域,包括最高/最低密度的哈勃领域的基本密度。我们表明,密度的分布是一致的,目前的宇宙方差的预测。对17个场的分析是詹姆斯韦伯太空望远镜可能实现的一个小样本,它将在可比(或更好)的深度和更高的红移下测量数百个场。
2022-08-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
Emulating Simulations of Cosmic Dawn for 21cm Power Spectrum Constraints on Cosmology, Reionization, and X-ray Heating
目前和即将进行的射电干涉测量实验的目标是对宇宙氢再电离和X射线加热时期的高红移21厘米波动信号进行统计表征。然而,将21 cm统计数据与基础物理参数联系起来是复杂的,因为理论上的挑战是以足够快的计算速度对相关物理进行建模,以探索高维和弱约束的参数空间。在这项工作中,我们使用机器学习算法来构建一个快速仿真器,该仿真器可以在很宽的参数空间内高精度地模拟21 cm信号的昂贵仿真。我们将我们的仿真器嵌入到马尔可夫链蒙特卡罗框架中,使其能够探索大量模型参数的后验分布,包括那些控制再电离时代,X射线加热时代和宇宙学的参数。作为一个工作的例子,我们使用我们的模拟器提出了一个更新的参数约束预测的氢时代的再电离阵列实验,表明其表征的基准21厘米功率谱将大大缩小允许的参数空间的再电离和加热参数,并可能有助于加强普朗克的约束$σ_8$。我们提供了我们的广义仿真器代码和它的实现,特别是21厘米的参数约束作为公开可用的软件。
2017-10-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
New Methods for Identifying Lyman Continuum Leakers and Reionization-Epoch Analogues
识别发射莱曼连续辐射(LyC泄漏)的低红移星系是研究再电离时期星系形成的主要间接方法之一。然而,不仅证明了识别这样的系统是具有挑战性的,而且还不确定低红移LyC泄漏者是否是宇宙再电离源的真正“类似物”。在这里,我们使用高分辨率的宇宙学辐射流体动力学模拟,以检查是否模拟星系在再电离时代共享类似的发射线特性观测到的LyC泄漏在$z\sim3$和$z\sim0$。我们发现具有高LyC逃逸分数($f_{\rm esc}$)的模拟星系通常表现出高O32,并且与$z\sim3$ LyC泄漏者填充在R23-O32平面的相同区域。然而,我们发现,视角,金属丰度和电离参数都可以影响星系在O32- $f_{\rm esc}$平面上的位置。基于发射线诊断以及它们与$f_{\rm esc}$的相关性,$z\sim3$的低金属量LyC泄漏者似乎是再电离时代星系的良好类似物。相比之下,本地[SII]-缺乏星系不重叠的模拟高红移LyC泄漏的SII-BPT图;然而,这种诊断可能仍然是有用的识别泄漏。我们使用我们的模拟星系来开发多种新的诊断方法,以使用IR和星云发射线来识别LyC泄漏。我们表明,我们的模型只使用[CII] $_{\rm 158μm}$和[OIII] $_{\rm 88μm}$可以识别潜在的泄漏从非泄漏从本地矮星系调查。最后,我们将此诊断应用于已知的高红移星系,并发现在$z=9.1$的MACS 114…
2020-08-05 astro-ph.CO astro-ph.GA
First Results from the Lyman Alpha Galaxies in the Epoch of Reionization (LAGER) Survey: Cosmological Reionization at z ~ 7
我们目前的第一个结果,从正在进行的LAGER项目(莱曼阿尔法星系在时代的再电离),这是最大的窄带调查$z \sim$ 7星系的日期。使用专门为NOAO/CTIO 4米布兰科望远镜上的超级大面积暗能量相机(DECam)建造的窄带滤波器NB 964,LAGER在3 deg PDMATHAMN COSMOS领域收集了34小时的NB 964窄带成像数据。我们已经确定了23个莱曼阿尔法Ehrman(LAE)候选人在$z$ = 6.9在中央2度$^2$区域,其中DECam和公共COSMOS多波段图像存在。由此产生的光度函数可以被描述为一个Schechter函数,在亮端有一个显著的过量(4个星系的$L_{Lyα} \sim $ 10 $^{43.4\pm0.2}$ erg s $^{-1}$)。在$L_{Lyα}\sim$ 10 $^{43.4\pm0.2}$和$^{-1}$处的数密度与z= 6.6相比几乎没有变化,而在较暗的$L_{Lyα}$处,数密度显著降低。总的来说,我们看到Ly $α$光度密度从$z$ = 5.7减少到6.9。结合一个更温和的演变的连续紫外线光度密度,这表明一个因素的$\sim 3$抑制的Ly $α$通过辐射传输通过$z \sim$ 7星系际介质(IGM)。它表明IGM中性分数$x_{HI}$ $\sim$为0.4- 0.6(假设Ly $α$速度偏移为100-200 km…
2017-06-14 astro-ph.CO astro-ph.GA
Investigating X-ray sources during the epoch of reionization with the 21 cm signal
加热中性气体的能量源是至关重要的21厘米信号的预测期间的再电离(EoR)的时代。为了研究不同来源类型的21厘米信号的统计差异,我们使用了五个辐射转移模拟,这些模拟具有相同的恒星UV发射模型和不同的高能源组合,如X射线双星(XRB),吸积核黑洞(BH)和热星际介质发射(ISM)。我们发现,有效的加热从ISM增加了平均全球21厘米的信号,同时减少其波动,从而功率谱。在双谱中还观察到在正值和负值之间的转变的尺度和定时方面的明显影响。XRB的影响与ISM相似,尽管由于加热效率较低,其在时间上有所延迟,强度也有所降低。由于核黑洞的缺乏,在它们存在的情况下,21~cm统计的行为与只考虑恒星的情况非常相似,除了最新的再电离阶段,当黑洞的影响清晰可见时。我们发现,在这里调查的源场景之间的差异大于仪器的噪音SKA 1-低$z \gtrsim 7-8$,这表明,在未来可能会限制光谱能量分布的源有助于再电离过程。
2021-03-17 astro-ph.CO astro-ph.GA
Dark-ages Reionization and Galaxy Formation Simulation XX. The Ly$α$ IGM transmission properties and environment of bright galaxies during the Epoch of Reionization
高度中性的星系间介质(IGM)在再电离时期(EoR),预计将抑制Ly $α$发射与阻尼翼吸收,导致几乎没有Ly $α$检测到恒星形成星系在$z{\sim}8$。然而,在这些红移下,对4个最亮星系(${\rm H}_{160}{\sim}25$等)的光谱观测确实显示出突出的Ly $α$线,表明局部电离的IGM。本文利用Meraxes半解析模型研究了EoR期间亮星系的Ly $α$ IGM透射和环境。我们发现较亮的星系受阻尼翼吸收的影响较小,因为它们能有效地电离周围的中性氢。具体而言,最亮的源(${\rm H}_{160}{\lesssim}25.5$ mag)位于我们的模拟中最大的电离区域,并且具有来自IGM(光学深度${<}1$)的低Ly $α$衰减。较暗的星系(25.5等${<}{\rm H}_{160}{<}27.5$等)的透射率取决于紫外线光度,导致在较暗的星等下Ly $α$检测的发生率较低。这种光度相关的衰减解释了为什么Ly $α$只在$z{\sim}8$最亮的星系中被观测到。后续观察显示,在这些确认的$z{\sim}8$ Ly $α$发射体附近存在对应物。我们模拟的类似物的环境与这些观测结果在附近星系的数量上一致,这是一个很好的指标,表明Ly $α$是否可以在较暗的星系中被检测到。在目前的观测极限下,在$2'{\times}2'$内有${\ge}2$-5个邻居的星系显示出L…
2021-08-08 astro-ph.CO astro-ph.GA
Evolution of Neutral Oxygen During the Epoch of Reionization and its Use in Estimating the Neutral Hydrogen Fraction
我们使用人工合成的视线通过Technicolor Dawn模拟的快照来探索中性氧OI吸收剂的统计数据如何响应氢再电离。环星系介质(CGM)的电离状态最初大致跟踪星系际介质的电离状态,但从$z=8$开始,由于自屏蔽,CGM系统地变得更加中性。弱吸收体追踪远离晕的扩散气体,因此它们首先被电离,而较强的系统对再电离不太敏感。整体OI覆盖分数随着时间的推移缓慢下降,由于正在进行的浓缩和电离前沿逐渐侵入越来越稠密的气体之间的竞争。虽然下降的覆盖率部分抵消了继续形成新的晕,电离的扩散气体导致预测的OI吸收剂的视线发生率突然下降的重叠时期,在定性的协议与观测。与最近在$z\approx6$观察到的等效宽度(EW)分布相比,模拟产生的系统与$EW \geq 0.1 \unicode{x212B}$不足,尽管它们再现了较弱的系统与$EW \geq 0.05 \unicode{x212B}$。通过$z\approx5$,$EW < 0.1 \unicode{x212B}$系统的发生率过度产生,与先前的指示一致,即在$z<6$模拟的电离背景太弱。SiII和SiIV的总柱密度跟踪总氧柱,因此OI和SiII + SiIV共动质量密度的比率跟踪再电离的进展。该探针可证明在其中$x_{HI} > 10\%$
2019-08-22 astro-ph.CO astro-ph.GA
Dark-ages Reionization & Galaxy Formation Simulation II: Spin and concentration parameters for dark matter haloes during the Epoch of Reionization
我们使用高分辨率的N体模拟研究的浓度和自旋参数的暗物质晕的质量范围$10^8\, {\rm M}_{\odot}\, h^{-1} < {\rm M} < 10^{11}\, {\rm M}_{\odot}\, h^{-1}$和红移$5{<}z{<}10$,对应的星系晕被认为是负责再电离。我们建立了一个子样本的平衡晕和对比他们的属性,也包括非放松系统的完整人口。通过将NFW和Einasto剖面拟合到单个晕的球平均密度剖面来计算浓度。在去除平衡外的晕后,我们发现一个$z{>}5$浓度$-$质量($c(M)$)的关系,几乎是平坦的,以及描述了一个简单的幂律NFW和Einasto拟合。在$z=5$中,平均值关系周围的固有离散度为$Δc_{\rm{vir}}{\sim1}$(或20%)。我们还发现,由Ludlow等人提出的分析模型。再现晕浓度的质量和红移依赖。我们的最佳拟合Einasto形状参数$α$以$α{=}0.0070ν^2{+}0.1839$准确描述的方式取决于峰高$ν$。自旋参数$λ$的分布对平衡态的依赖性很弱;对于我们的弛豫样品,$λ$的峰值大约在${\sim}0.033$,对于全布居,峰值在${\sim}0.04$。自旋-维里质量关系在高红移处有轻微的负相关。
2015-12-02 astro-ph.CO astro-ph.GA
Robustness of direct measurements of the mean free path of ionizing photons in the epoch of reionization
本研究通过结合再电离宇宙学辐射转移模拟与类星体近邻区一维辐射转移计算,检验再电离时期电离光子平均自由程直接测量的偏差,证实z~6处测量结果对多种潜在偏差源具有鲁棒性。
2024-07-12 astro-ph.CO astro-ph.GA
The role of AGN jets in the reionization epoch
宇宙的再电离结束了重组时代之后开始的黑暗时代。在H的情况下,再电离在$z\sim 6$附近完成。微弱的恒星形成星系是H-电离辐射的最佳候选源,尽管活动星系核也可能有贡献。我们已经探讨了是否终止区的喷流从活动星系核可能有显着的贡献,在后期的再电离时代,周围$z\sim 6-7$的H电离。我们假设,因为它已经提出,活动星系核在$z\sim 6$可能已经提出了一个高喷流分数,吸积率和占空比,和非热电子的喷流终止区的压力作出了重大贡献。采用经验黑洞质量函数来描述活动星系核的布居。从所有这些,估计得出的各向同性H-电离辐射产生的喷流终止区,在$z\sim 6$,通过逆康普顿散射的CMB光子。我们发现活动星系核喷流的终端区可能以H-电离辐射的形式在$z\sim 6$辐射了大部分能量。对于典型的黑洞质量函数,在所考虑的条件下(持久的,常见的,非常活跃的星系核与喷流),这些喷流的贡献,以维持(并可能增强)电离的H可能是不可忽略的。我们的结论是,终止区的喷流从活动星系核可能有一个显着的作用,在宇宙的再电离在$z\gtrsim 6$。
2018-09-07 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
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
The Epoch of Reionization in the R_h=ct Universe
再电离期(EoR)的测量结果表明,再电离开始于z ~ 12-15,结束于z=6。此外,对宇宙微波背景波动的仔细分析表明,通过EoR的散射光学深度τ ~ 0.066+/-0.012。在LCDM的背景下,中等红移的星系和较高红移的矮星系现在似乎是紫外电离辐射的主要来源,但只有推断的(电离)逃逸分数f_ion ~ 0.2,这与其他观测结果相矛盾,后者表明值小至~ 0.05。在本文中,我们研究了在另一种Friedmann-Robertson Walker宇宙学(称为R_h=ct宇宙)中再电离是如何进行的,并确定了这种不同膨胀率所需的f_ion值。我们发现,只要重子分数密度在0.026 < Omega_b < 0.037的合理范围内,R_h=ct就能很好地解释EoR目前已知的性质。该模型也可以拟合EoR数据,其中f_ion ~ 0.05,但前提是莱曼连续谱光子产生是高效的并且Omega_b ~ 0.037。然而,这些结果仍然是初步的,因为它们依赖于一种特殊形式的恒星形成率密度,而这种密度在非常高的红移下仍然是不确定的。当完整的结构形成模型出现时,重新考虑R_h=ct中的EoR也是有益的。
2015-12-08 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph