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
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$f_{\…
2023-01-31 astro-ph.CO astro-ph.GA
Fluctuating feedback-regulated escape fraction of ionizing radiation in low-mass, high-redshift galaxies
低质量星系被认为提供了宇宙再生所需的大部分电离辐射。逃离星系的光子数量在理论上没有得到很好的限制，也很难通过观测来测量。然而，它是再电离模型的一个基本参数。我们详细研究了电离辐射如何从高红移星系泄漏。为此，我们使用了一系列高分辨率的辐射流体动力学模拟，在宇宙学背景下放大三个矮星系。我们发现，从超新星爆炸的能量和动量输入有一个调节逃逸分数的关键作用，通过破坏致密的恒星形成团块，并清除在晕视线。在没有超新星的情况下，光子被吸收得非常局部，在大质量恒星的诞生云中。我们遵循逃逸分数的时间演化，并发现它可以变化超过六个数量级。这解释了先前研究发现的逃逸分数值的大分散性。这种快速的变化也影响了再电离源的可观测性：即使像$M_{\rm UV} = -14$这样深的调查也会错过大约一半的莱曼连续辐射源。
2017-05-02 astro-ph.CO astro-ph.GA
Conditions for Reionizing the Universe with A Low Galaxy Ionizing Photon Escape Fraction
我们探讨了低星系电离光子逃逸分数的星系际介质再电离的情况。我们结合基于模拟的晕质量依赖逃逸分数外推所观察到的星系休息紫外光度函数，以解决从z=20到z=4的再电离历史。我们探索关键未知量的后验分布，包括恒星形成的极限晕质量，电离光子产生效率，以及活动星系核（AGN）的潜在贡献。我们边缘化的允许参数空间使用马尔可夫链蒙特卡罗方法，找到一个解决方案，满足最独立的模型约束再电离。我们的基准模型可以匹配观测约束与平均逃逸分数<5%的整个大部分的时代的再电离，如果：i）星系形成恒星下降到原子冷却极限前再电离和光抑制质量的log再电离期间/之后（M_h/Msol）~9（-13<M_UV，lim<-11）; ii）星系在更高的红移和更暗的量级上成为更有效的电离光子的生产者，以及iii）存在显著的，但次主导的，z < 7时AGN的贡献。在这个模型中，最暗的星系（M_UV>-15）的电离发射率占主导地位，导致较早的再电离开始和较平滑的电离体积填充分数的演变比模型，假设一个单一的逃逸分数在所有的红移和光度。这个模型的电离发射率与z=4-5（以及更低，外推时）的观测结果一致，与一些假设单个逃逸分数的模型相反。根据对z = 7的Lya发射体的观测和对两个z>7的类星体的阻尼翼分析，我们预测了z=7时QHII =78%（± 8%）的电离体积填充率在~1-2 σ张力范围内，这两个类星体更倾向于QHII，z=7…
2019-05-02 astro-ph.CO astro-ph.GA
Dark-ages reionization and galaxy formation simulation -- XXI. Constraining the evolution of the ionizing escape fraction
本研究利用Meraxes半解析模型与贝叶斯方法，联合高红移星系观测及再电离历史约束，得出电离光子逃逸率随晕和恒星质量转变，并确认低质量星系主导再电离。
2023-12-07 astro-ph.CO astro-ph.GA
Ionizing photon production and escape fractions during cosmic reionization in the TNG50 simulation
在这项工作中，我们调查的依赖性的逃逸分数的电离光子，$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$f_{\rm es…
2022-07-22 astro-ph.CO astro-ph.GA
Diversity of the Lyman continuum escape fractions of high-$z$ galaxies and its origins
莱曼连续谱（LyC）逃逸分数是决定星系对宇宙再电离贡献的一个关键量。已经知道，通过观测和数值模拟估计的逃逸分数显示出很大的差异。然而，多样性的起源仍然不确定。在这项工作中，要了解什么数量的星系负责控制逃逸分数，我们数值评估逃逸分数进行光线跟踪计算与简化的盘星系模型。利用光滑圆盘模型，我们研究了逃逸分数与电离源位置的关系，发现逃逸分数的变化可达$\sim 3$数量级。还发现，晕质量的盘尺度高度的依赖性决定了逃逸分数是否增加或减少与晕质量。在团簇圆盘模型中，由于团簇间区域的密度降低，逃逸分数随着团簇质量分数的增加而增加。此外，我们发现，团块调节逃逸分数通过两种方式时，总的团块质量占主导地位的总气体质量;逃逸分数是控制的覆盖因子的团块，如果团块是密集的足以阻止LyC光子，否则的团块工程，以减少逃逸分数通过增加重组事件在星系中的总数。
2017-11-14 astro-ph.CO astro-ph.GA
The ionizing photon production efficiency of compact z~0.3 Lyman continuum leakers and comparison with high redshift galaxies
我们最近发现了5个z~0.3的莱曼连续体泄漏星系，这些星系因其紧凑性，强烈的恒星形成和高[OIII]/[OII]比而被选中（Izotov et al. 2016 ab）。在这里，我们推导出它们的电离光子产生效率，一个基本量，用于推断可用于重建宇宙的光子数，第一次为确认强莱曼连续逃逸的星系（fesc~6-13%）。我们发现每单位紫外光光度的电离光子产生，这是一个因素2-6倍，高于典型的值时，他们观察到的紫外光光度报告。经过消光校正后，该值接近规范值。我们的五个莱曼连续体泄漏的性质被发现与de Barros等人（2016）确认的z=3.218泄漏Ion 2的性质非常相似，并且与z>~6的典型恒星形成星系的性质非常相似。我们的研究结果表明，紫外明亮的星系在高Z，如莱曼break星系可以莱曼连续泄漏和宇宙再电离的贡献可能被低估。
2016-05-31 astro-ph.GA
The production and escape of ionizing photons from galaxies over cosmic time (Astro2020 Science White Paper)
大质量恒星产生的电离光子是星系演化的关键因素。电离光子的产生和逃逸知之甚少。改进的天基，空间分辨，多路复用光谱能力，覆盖1000到3000埃的观测波长，与ELT和JWST的光谱学相结合，将导致关于电离光子如何产生和泄漏的明确答案，什么样的星系群负责电离光子泄漏，什么决定逃逸是否可能，以及电离星系群如何在宇宙时间内演化。
2019-05-14 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
The Low-Redshift Lyman Continuum Survey: Optically Thin and Thick Mg II Lines as Probes of Lyman Continuum Escape
Mg II 2796，2803双峰被认为是一个有用的间接指示的逃逸Ly-alpha和Lyman连续（LyC）光子在本地恒星形成星系。然而，迄今为止的研究主要集中在具有强Mg II或强LyC发射的星系的小样本上。在这里，我们提出了第一个研究的Mg II探测大的动态范围的星系属性，使用新获得的高信噪比，中等分辨率的光谱Mg II的样本的34个星系从低红移莱曼连续巡天。我们表明，在我们的样本中的星系镁II的配置文件，从强发射到P-Cygni配置文件，并纯吸收。我们发现有一个明显的趋势（与虚假相关的可能性约为2%），被检测为强LyC发射体（LCEs）的星系也显示出更大的Mg II发射等效宽度，而非LCEs往往显示出更多的散射和吸收特征的证据。我们发现Mg II与Ly-alpha在等效宽度和逃逸分数方面都有很强的相关性，而不管是发射还是吸收主导Mg II分布。此外，我们提出，对于归类为镁II发射体（MgE）的星系，可以采用镁II，金属丰度和尘埃的信息来估计LyC的逃逸分数在3倍之内。这些发现证实了Mg II线可以用作选择星系作为LCE的工具，并作为Ly-alpha和LyC逃逸的间接指标。
2023-01-10 astro-ph.CO astro-ph.GA
The escape of ionizing photons from supernova-dominated primordial galaxies
为了评估红移3<z<7的Lyman break星系（LBG）和Lyman α发射体（LAEs）对星系际介质电离的贡献，通过求解三维辐射转移，研究了超新星主导的原始星系电离光子的逃逸率.模型星系来自Mori & Umemura（2006）对原始星系的超高分辨率化学动力学模拟，很好地再现了LAEs和LBG的观测特性。模型星系的总质量为10^{11}M_sun。我们不仅解决了光电离，而且碰撞电离的冲击。此外，根据化学富集作用，我们考虑了尘埃消光效应，并考虑了尘埃的粒径分布。其结果是，我们发现，尘埃消光减少逃逸分数的一个因素1.5-8.5在LAE阶段和一个因素2.5-11在LBG阶段，而碰撞电离的冲击增加逃逸分数的一个因素~ 2。结果逃逸分数在LAE期为0.07-0.47，在LBG期为0.06-0.17。这些结果与最近从LAE和LBG在1500埃到900埃的通量比得出的估计是一致的。结合LAEs和LBG的光度函数，我们发现高z LAEs和LBG可以在z=3-5处取代IGM。然而，来自LAE以及LBG的电离辐射在z>6时不足以覆盖IGM。这意味着在z>6时可能需要额外的电离源。
2009-06-09 astro-ph.CO astro-ph.GA
Understanding the spatial variation of \ion{Mg}{II} and ionizing photon escape in a local LyC leaker
电离光子一定是从高红移星系中逃逸出来的，但是中性的高红移星系际介质使得在再电离时期不太可能直接探测到这些光子。研究电离光子逃逸分数的间接方法提供了一种推断第一个星系如何使宇宙再电离的方法。在这里，我们使用J 0919 +4906的HET/LRS 2观测，J 0919 +4906是一个确认的电离光子z $\approx$ 0.4发射体，\ion{Mg}{II} $\lambda2796$、\ion{Mg}{II} $\lambda2803$、[ \ion{O}{II} ] $λ\lambda3727,3729$、[\ion{Ne}{III}] $\lambda3869$、H $γ$、[ \ion{O}{III} ] $\lambda4363$、H $β$、[ \ion{O}{III} ] $\lambda4959$、[ \ion{O}{III} ] $\lambda5007$和H $α$。从这些数据中，我们测量\ion{Mg}{II}发射，这是一个有前途的间接示踪电离光子，随着星云电离和尘埃衰减在多个空间分辨孔径。我们发现，J 0919 +4906在其\ion{Mg}{II}逃逸，从而电离光子逃逸分数有显着的空间变化。结合我们的观察与光电离模型，我们发现，最大的相对\ion{Mg}{II}发射和\ion{Mg}{II}逃逸分数的区域具有最高的电离和最低的尘埃衰减。某些区域的逃逸分数与…
2022-08-01 astro-ph.GA
Mapping the Escape Fraction of Ionizing Photons Using Resolved Stars: A Much Higher Escape Fraction for NGC 4214
我们展示了一种新的方法来测量逃逸分数的电离光子使用哈勃太空望远镜成像的解决恒星在NGC 4214，本地模拟高红移星爆星系，被认为是负责宇宙再电离。具体来说，我们通过$\sim$ 83，000个解析恒星的近红外光谱能量分布对UV进行了前向建模，以推断它们各自的电离通量输出。我们通过比较恒星产生的电离光子数与被尘埃吸收或在单个恒星形成区域电离周围中性氢消耗的电离光子数来限制局部逃逸分数。我们发现逃逸分数（0-40%）的空间变化很大。对整个星系进行积分，得到的全球逃逸分数为25%（+16%/-15%）。这个数值比之前报道的该星系逃逸分数为零的数值要高得多。我们讨论了这种明显的张力的来源，并证明了视角和3D ISM几何效应的原因。如果我们假设NGC 4214没有内部尘埃，就像许多高红移星系一样，我们发现逃逸分数为59%（NGC 4214的上限）。这是第一个非零逃逸分数测量的UV-微弱（M $_{\rm FUV}$ = -15.9）星系在任何红移，并支持的想法，星暴UV-微弱的矮星系可以提供足够的电离光子的星系际介质。
2020-09-03 astro-ph.GA
Escape fraction of ionizing photons from high-redshift galaxies in cosmological SPH simulations
结合三维辐射转移（RT）计算和宇宙学SPH模拟，研究了z=3-6的高红移星系电离光子逃逸率（f_esc）.我们的模拟覆盖了晕的质量范围M_h = 10^9 - 10^12 M_sun。我们用真实辐射转移（ART）程序对几百个模拟星系进行了后处理，研究了fesc对晕质量的依赖性。在本文中，我们仅限于从每个暗物质晕中的本地恒星星族的恒星辐射传输。我们发现，随着晕质量的增加，平均fesc急剧下降，与一个大的分散较低的质量晕。Mh ~ 10^9 Msun的低质量晕具有较大的fesc值（平均值约为0.4），而Mh ~ 10^11 Msun的大质量晕具有较小的fesc值（平均值约为0.07）。这是因为在我们的模拟中，大质量晕在气体分布中显示出更多的团块结构，恒星形成区域嵌入这些团块中，使得电离光子更难逃逸。另一方面，在低质量晕中，由于年轻星团的位置偏离了暗物质晕的中心，经常会出现高度电离气体的锥形区域，这使得电离光子比在高质量晕中更容易逃逸。通过计算逃逸电离光子的数量，我们证明了恒星形成星系可以在z=3-6时包围星系际介质。电离光子的主要贡献者是Mh < 10^10 Msun的晕，这是由于它们的高fesc。f_esc的大的分散表明，在再电离的早期阶段，即使具有相同的质量，在晕周围也可能存在不同尺寸的H{ \sc ii}气泡。我们还研究了紫外背景辐射场对fesc的影响，使用简单的，四种不同的紫外…
2010-11-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
Lyman-Werner UV Escape Fractions from Primordial Halos
第三星族恒星可以通过几种方式调节原始宇宙中的恒星形成。它们可以将附近的晕圈包围起来，即使它们的电离光子被自己的晕圈困住，它们的莱曼-沃纳（LW）光子仍然可以逃逸并摧毁其他晕圈中的H $_2$，阻止它们冷却并形成恒星。因此，LW逃逸分数是早期再电离和恒星形成的宇宙学模拟中的一个关键参数，但尚未被参数化为现实的晕晕或恒星质量。为此，我们进行了辐射流体动力学模拟的LW紫外逃逸9- 120 M $_{\odot}$ Pop III星在$10^5$ $10^7$ M $_{\odot}$晕与ZEUS-MP。我们发现，光子在LW线（即那些负责破坏H $_{2}$在附近的系统）的逃逸分数范围从0%到85%。在我们的样本中，没有LW光子逃离最大质量的晕，即使是来自最大质量的恒星。在11.18- 13.6 eV能量范围内的其他地方，光子的逃逸分数通常要高得多，除了最大质量晕中质量最小的恒星外，所有恒星的逃逸分数都在60%以上，这些光子可以在宇宙学距离上红移到LW线。我们发现，屏蔽H $_2$的中性氢，这已被忽视，迄今为止，产生逃逸分数是一个因素的三个小于H $_2$自屏蔽单独预测。
2015-09-14 astro-ph.CO astro-ph.GA
Accurately predicting the escape fraction of ionizing photons using restframe ultraviolet absorption lines
逃离高红移星系的电离光子的比例敏感地决定了星系是否再电离了早期宇宙。然而，这种逃逸分数不能从高红移星系中测量，因为星系际介质的不透明度在高红移时很大。如果没有方法来间接测量高红移星系的逃逸分数，我们就不太可能知道是什么使宇宙再电离。在这里，我们分析了远紫外（UV）H I（莱曼系）和低电离金属吸收线的九个低红移，确认莱曼连续发射星系。我们使用的H I覆盖分数，列密度，和尘埃衰减在一个配套文件中测量预测电离光子的逃逸分数。我们发现良好的协议之间的预测和观察到的莱曼连续逃逸分数（$1.4σ$内）使用H I和ISM吸收线。电离光子通过H I中的孔逃逸，但我们表明，尘埃衰减减少了逃逸星系的光子的比例。这意味着平均高红移星系可能比低红移星系发射更多的电离光子。另外两种间接方法准确地预测逃逸分数：Ly $α$逃逸分数和光学[O III]/[O II]通量比。我们使用这些间接的方法来预测的逃逸分数的样本21个星系的静止帧紫外光谱，但没有莱曼连续观测。这些星系中的许多都有低逃逸分数（$f_{\rm esc} \le 1$ \%），但11个有逃逸分数$>1$ \%。这里介绍的方法将测量高红移星系的逃逸分数，使未来的望远镜能够确定恒星形成星系是否使早期宇宙再电离。
2018-04-04 astro-ph.GA
The Keck Lyman Continuum Spectroscopic Survey (KLCS): The Emergent Ionizing Spectrum of Galaxies at $z\sim3$
我们提出的深光谱调查的结果，旨在量化的电离光子逃逸的恒星形成星系在z~3的统计。我们测量电离与非电离UV通量密度<f900/f1500>_obs的比率，其中f900是在[880，910] A范围内评估的平均通量密度。我们通过分析由子样本形成的高S/N复合光谱来量化电离与非电离UV通量密度的出现比，子样本具有共同的观察特性和数量，足以降低模型IGM+CGM校正中的统计不确定性，以获得<f900/f1500>_out的精确值，包括全样本平均值<f900/f1500>_out= $0.057\pm0.006$。我们进一步表明，<f900/f1500>_out随着Ly $α$静止等效宽度单调增加，从而与作为副产品的紫外发光度呈负相关。我们使用恒星光谱合成与ISM模型一起拟合合成光谱，其中恒星连续谱的一部分f_c被柱密度为N（HI）的气体覆盖。结果表明，复合光谱同时约束了（L900/L1500）_int和fc，N（HI），E（B-V），以及电离光子的绝对逃逸分数$f_{esc,abs}$的内禀性质.我们发现一个样本平均$f_{esc,abs} =0.09\pm0.01$，子样本下降沿线性关系$\langle f_{esc,abs}\rangle \sim 0.75[W(Lyα)/110 A]$。我们利用FUV光度函数、分布函数$n[W(Lyα)]$以及$W(Lyα)$和<f900/f1500…
2018-11-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
Evolution in the Escape Fraction of Ionizing Photons and the Decline in Strong Lya Emission from z>6 Galaxies
在z > 6时，强Lyman Alpha（Lya）发射星系的数量迅速减少，为IGM中的中性氢提供了证据，但很难用合理的再电离模型来解释。我们证明了观测到的星系在z > 6时Lya通量的减少可以用电离光子逃逸分数f_esc的演化来解释。我们发现，观察到的中值下降的星系的分数显示出强Lya的发射，以及观察到的Lya光度函数的演变都遵循从f_esc的小增加Δ f_esc ~ 0.1从f_esc ~ 0.6在z ~ 6。这种高逃逸分数可能与当前对电离光子逃逸分数的限制不一致，其有利于f_esc <20%的较小值。然而，调用的红移演化的f_ esc是符合这些约束条件的模型可以抑制z~7 Lya流量的观测水平，如果它们还包括一个小的演变，在全球中性分数的Δ xHI ~ 0.2。因此，一个不断演变的逃逸分数的电离光子可以是一个合理的解释进化的高红移星系的Lya发射的一部分。更一般地说，我们的分析还表明，在Lya分数的下降是定量一致的Lya发光体的Lya光度函数中观察到的演变。
2014-03-14 astro-ph.CO astro-ph.GA
A Close Relationship between Lyman Alpha and Mg II in Green Pea Galaxies
Mg II 2796，2803双合线常被用来测量星系中的星际介质吸收，从而作为反馈和流出的诊断。然而，Mg II的解释仍然令人困惑，这是由于光子的共振捕获和再发射，类似于莱曼α。因此，在本文中，我们提出了新的MMT蓝通道光谱仪观测Mg II的10个绿豌豆星系的样本在z~0.2-0.3，其中莱曼α先前观察到的宇宙起源光谱仪在哈勃太空望远镜。与强大的，（大多）双峰莱曼阿尔法配置文件，这些星系允许我们观察镁II在低H I柱密度的限制。我们发现强Mg II发射和很少或没有吸收。我们使用光电离模型表明，星云Mg II从H II区是不可忽略的，和Mg II/[OIII] 5007与[OIII] 5007/[OII] 3727的比例形成一个紧密的序列。使用这个关系，我们预测固有的镁II通量，并表明镁II逃逸分数范围从0到0.9。我们发现，镁II逃逸分数密切相关的莱曼α逃逸分数，和镁II线配置文件显示更广泛和更多的红移排放时，逃逸分数低的证据。这些趋势是预期的，如果逃逸分数和速度分布的莱曼阿尔法和镁II的形状共振散射在相同的低柱密度气体。由于与莱曼α的密切关系，Mg II可以作为再电离时代的有用诊断，在那里莱曼α和莱曼连续谱光子不容易观察到。
2018-03-27 astro-ph.CO astro-ph.GA
Forecasting constraints on the mean free path of ionizing photons at $z \geq 5.4$ from the Lyman-$α$ forest flux auto-correlation function
Lyman-$α$（Ly $α$）森林向高$z$类星体传输的波动部分来源于紫外背景（UVB）的空间波动，其水平由电离光子的平均自由程（$λ_{\text{mfp}}$）决定。Ly $α$森林通量的自关联函数表征了传输波动的强度和规模，正如我们所示，因此对$λ_{\text{mfp}}$敏感。最近在$z \sim 6$的测量表明$λ_{\text{mfp}}$在$z>5.0$的快速演变，这将在自关联函数的演变中留下签名。对于这个预测，我们模拟LY $α$森林数据与属性类似的XQR-30扩展数据集在$5.4 \leq z \leq 6.0$。在每个$z$，我们调查100个模拟数据集和一个理想的情况下，模拟数据匹配模型值的自动关联函数。对于在$z=6.0$处具有$λ_{\text{mfp}}=9.0$ cMpc的理想数据，我们恢复$λ_{\text{mfp}}=12^{+6}_{-3}$ cMpc。这种精确度可以与直接从超出莱曼极限的类星体光谱叠加中测量$λ_{\text{mfp}}$相媲美。假设的高分辨率数据导致所有$z$上误差条的$\sim40\%$减小。在这项工作中，自关联函数的模拟值的分布对于高$z$是高度非高斯的，这应该提醒使用高$z$ Ly $α$森林的其他统计量的工作不要做出这种假设.我们使用严格的统计方法来通过推理测试，但是未来对非高斯方法的研究将实现更高精度的测量。
2023-03-03 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Lyman Continuum Escape Survey: Connecting Time-Dependent [OIII] and [OII] Line Emission with Lyman Continuum Escape Fraction in Simulations of Galaxy Formation
从星系逃逸的莱曼连续谱光子可能使星系际介质在红移$z\gtrsim6$处再电离。然而，在这些红移和莱曼连续逃逸的二级指标不能直接观察到的莱曼连续必须用来估计电离光子的预算。在观测上，在观测上可接近莱曼连续谱的红移$z\sim2-3$，调查已经确定，许多显示出可观的莱曼连续谱逃逸分数$f_{esc}$的天体也显示出增强的[OIII]/[OII]（O $_{32}$）发射线比率。在这里，我们使用宇宙学放大模拟星系形成的辐射转移分析，研究$f_{esc}$和O $_{32}$之间的物理联系。与观察结果一样，我们发现最大的$f_{esc}$值出现在O $_{32}\sim3-10$升高时，高$f_{esc}$和低O $_{32}$的组合非常罕见。虽然高$f_{esc}$和O $_{32}$常常是可同时观察到的，但这两个过程的物理起源的时间尺度是非常不同的。大的O $_{32}$值在星团形成后的沃尔夫-拉叶动力阶段的短（$\sim$ 1百万年）时间尺度上波动，而低吸收的通道是由超新星的集合在几十万年内建立的。我们发现，虽然没有直接的因果关系之间的$f_{esc}$和O $_{32}$，高$f_{esc}$最经常发生在连续输入后，从恒星形成相关的反馈事件，有相应的偏移大O $_{32}$发射。这些计算与观测结果的解释是一致的，即当O $_{32}$较大时，往往会出现大的$f_{esc}$，但大…
2020-10-01 astro-ph.GA
Elevated ionizing photon production efficiency in faint high-equivalent-width Lyman-alpha emitters
虽然低光度星系在所有红移中占主导地位，但由于缺乏对其物理性质的了解，人们对它们对宇宙再电离的贡献知之甚少。我们从深VLT/MUSE光谱中分离出35个z~4-5连续微弱的Lyman α发射体样品，用Spitzer/IRAC Ch.1测光法直接测量它们的H α发射。基于哈勃空间望远镜的成像，我们确定平均紫外连续谱的星等小于-16（~0.01 L_star），这意味着莱曼α等效宽度的中值为249埃。通过结合Halpha测量与UV幅度，我们确定电离光子的产生效率，xi_ion，第一次为这样的微弱星系。log（xi_ion [Hz/erg]）= 26.28（+0.28; -0.40）的测量值超过了连续谱和发射线选择样品的文献测量值，这意味着在这些低光度的莱曼α选择系统中更有效地产生电离光子。我们的结论是，这种高效率可以解释的恒星星族的金属丰度之间的4 e-4和0.008，轻重量年龄小于3百万年。
2020-02-25 astro-ph.GA
On the Contribution of Active Galactic Nuclei to the High-Redshift Metagalactic Ionizing Background
受观测到大量高红移的活动星系核的启发，最近的研究提出了活动星系核对z > 4 H I电离背景有重要贡献的模型。在某些模型中，活动星系核甚至是再电离的主要来源。如果正确的话，这些模型将对星系主导高红移电离背景的标准观点进行必要的彻底修正。有人认为活动星系核主导的模型可以更好地解释最近的两个观测结果，这两个观测结果似乎与标准观点相冲突：（1）z ~ 5.5 H I Lyman-alpha森林中的大不透明度变化，以及（2）He II Lyman-alpha森林中平均不透明度的缓慢演变。大的空间波动的电离背景的亮度和稀有的活动星系核可能占前者，而在这些模型中的早期发病的He II再电离可能占后者。在这里，我们表明，AGN的排放源>~ 50%的电离背景的模型通常提供了一个更好的拟合所观察到的H I莱曼α森林不透明度的变化相比，标准的星系主导的模型。然而，我们认为，这些活动星系核占主导地位的模型是在紧张的约束星系际介质（IGM）的热历史。在标准的假设下的活动星系核的光谱，我们表明，早期发病的He II再电离加热的IGM远高于最近的温度测量。我们进一步认为，相对于模拟的He II莱曼α森林的平均不透明度的缓慢演变可能反映了当前模拟的不足之处，而不是像已经建议的那样有利于活动星系核主导的模型。
2018-02-26 astro-ph.CO astro-ph.GA
Indirect Evidence for Escaping Ionizing Photons in Local Lyman Break Galaxy Analogs
早期恒星形成的星系群是宇宙再电离的主要候选者。目前还不清楚是什么条件和物理过程使相当一部分电离光子能够从这些富含气体的星系中逃逸出来。在本文中，我们提出的分析结果的HST COS远紫外光谱加上辅助多波段数据的一个样本的22个低红移星系，是很好的类似物，典型的恒星形成星系在高红移。我们测量了三个参数，提供了电离辐射逃逸的间接证据：（1）在饱和的星际低电离吸收线的核心的剩余强度。(2)蓝移莱曼α线发射的相对量，和（3）[SII]光学发射线的相对弱。我们使用这些诊断来排序我们的样品在可能的泄漏方面，注意到最近已经为我们样品中最泄漏的成员之一做出了逃避莱曼连续体的直接测量。然后，我们检查我们的排名和其他建议的诊断泄漏之间的相关性，并找到一个与莱曼α发射线的等效宽度的相关性。谈到星系的性质，我们发现与泄漏最强的相关性是与恒星形成区域的紧凑性和星系外流的速度。这表明极端的反馈-高强度的电离辐射和来自辐射和热银河风的强大压力-结合在一起，在中性气体中产生了重要的空穴。这些结果不仅揭示了电离辐射从恒星形成强烈的星系逃逸的物理机制，它们还提供了间接的观测指标，可用于高红移，直接测量逃逸的莱曼连续辐射是不可能的。
2015-08-04 astro-ph.GA
Modeling UV Radiation Feedback from Massive Stars: III. Escape of Radiation from Star-forming Giant Molecular Clouds
利用一套湍流云中恒星团簇形成的辐射流体动力学模拟，我们研究了电离（莱曼连续）和非电离（FUV）辐射的逃逸分数为广泛的云质量和大小。逃逸分数增加H II区域的发展，并在几个动力学时间内达到统一。在第一次超新星爆发前的累积逃逸分数在0.05-0.58之间;这在初始云表面密度较高时较低，而在质量较小和较致密的云中由于快速破坏而较高。一旦H II区域脱离了它们的局部环境，电离和非电离光子都会通过完全电离的低密度视线从云层中逃逸。因此，尘埃在后期成为电离辐射的主要吸收体，非电离辐射的逃逸分数仅略大于电离辐射的逃逸分数。逃逸分数主要由大尺度云的光学深度分布的平均值$\langle τ\rangle$和宽度$σ$决定，对于较小的$\langle τ\rangle$和/或较大的$σ$，逃逸分数增加。由于湍流引起的非零$σ$，逃逸分数超过原始估计值$e^{-\langle τ\rangle}$（有时超过三个数量级）。我们提出了两种简单的方法来估计，在$\sim20\%$，逃逸分数的非电离辐射使用观测到的尘埃光学厚度在云投影在天空的平面。我们讨论了我们的观测结果的影响，包括推断在个别分子云的恒星形成率，并占银河系尺度上的扩散电离气体。
2019-08-20 astro-ph.GA
Narrow escape: how ionizing photons escape from disc galaxies
本文计算了星暴星系电离光子的逃逸分数（$f_{\rm esc}$）。使用2-D轴对称流体动力学模拟，我们研究了超泡重叠超新星在OB协会。我们计算了电离光子从盘中心沿不同角度通过超气泡和气体盘的逃逸分数。在与OB协会的光度函数卷积后，我们发现电离光子在$\sim 40 ^\circ$的锥体内逃逸，与附近星系的观测结果一致。逃逸分数随时间的演化表明，它最初下降的冷气体聚集在一个致密的壳层。在壳层越过几个尺度高度并碎裂后，通过极区的逃逸分数再次上升。从几何角度考虑，角度平均逃逸分数不能超过$\sim [1- \cos (1 \, {\rm radian})] = 0.5$（使用发射锥开口角）。我们计算的依赖性的时间和角度平均逃逸分数上的中平面磁盘气体密度（在范围$n_0=0.15-50$ cm $^{-3}$）和磁盘尺度高度（之间$z_0=10-600$ pc）。我们发现逃逸分数与盘参数（中面盘密度和刻度高度）大致相关，使得$f_{\rm esc}^αn_0^2 z_0^3$（含$α\approx 2.2$）为常数。对于具有给定WNM温度的盘，大质量盘比低质量星系具有更低的逃逸分数。对于银河系ISM参数，我们发现$f_{\rm esc}\sim 5\%$，它增加到$\approx 10\%$的星系小10倍。我们讨论了可能的影响，块状的ISM上的逃逸分数的估计和我们的结果的宇宙的再电离的影…
2015-05-13 astro-ph.GA
The Difficulty of Getting High Escape Fractions of Ionizing Photons from High-redshift Galaxies: a View from the FIRE Cosmological Simulations
本文介绍了FIRE（Feedback In Realistic Environment）计划中的一系列高分辨率（20-2000 Msun，0.1-4 pc）z6宇宙学放大模拟。这些模拟涵盖了晕质量10^9-10^11 Msun，静止帧紫外星等Muv = -9到-19。这些模拟包括多相ISM，恒星形成和恒星反馈的显式模型，在z = 0-6产生合理的星系属性。我们用辐射转移程序对快照进行后处理，计算氢电离光子的逃逸分数。我们发现瞬时fesc有很大的时间变异性（0.01%-20%），而在长时间尺度上的时间平均fesc通常保持在5%左右，比许多再电离模型的估计值要低得多。我们没有发现fesc对星系质量或红移有很强的依赖性。在我们的模拟中，内在电离光子预算主要由年龄小于300万年的恒星星族决定，它们往往被埋在密集的诞生云中。逃逸的光子主要来自于300万到1000万年之间的种群，它们的诞生云已经被恒星反馈清除了很大一部分。然而，根据标准的恒星星族模型，这些人口只贡献了一小部分的固有电离光子预算。我们表明，fesc可以提高到高值，如果年龄超过3百万年的恒星星族产生更多的电离光子比标准的恒星星族模型（如动机，例如，模型，包括二进制）。相比之下，具有观测所建议的速度的逃逸恒星只能使fesc增加一小部分。我们发现，“亚网格”恒星形成模型不能明确地解释n >> 1 cm^-3的致密云中的恒星形成，这将大…
2015-08-15 astro-ph.CO astro-ph.GA
Lyman-alpha opacities at z=4-6 require low mass, radiatively-suppressed galaxies to drive cosmic reionization
高红移的莱曼-α森林，特别是冈恩-彼得森槽，是再电离时代（EoR）发生的中性到电离的星系间介质（IGM）转变的最明确的标志。最近的研究，例如Kulkarni等人（2019 a）和Keating等人（2019），表明在重叠后再现观测到的莱曼α不透明度需要宇宙发射率的非单调演变：上升，在z=6时达到峰值，然后向前降低到z=4。考虑到星系的形成和宇宙恒星的形成率在这些时期仍然在不断上升，这样的演化是令人困惑的。在这里，我们使用新的RAMSES-CUDATON模拟表明，这样的峰值演化可能会自然发生在一个完全耦合的辐射流体动力学框架。在我们的基准运行中，z>6处的宇宙发射率主要由低质量（M $_{\rm DM}<2.10^9$ M $_{\odot}$）、高逃逸分数晕群控制，驱动再电离，直至重叠。接近z=6时，由于电离UV背景的上升，该群体被辐射抑制，并且其发射率下降。在此期间，高质量的晕人口建立和它的发射率上升，但不够快，以补偿低质量晕的调光，因为低逃逸分数。因此，这两个群体的电离发射率的组合自然导致宇宙发射率的上升和下降，从z=12到z=4，在z=6处达到峰值。另一种运行的特点是高质量晕的逃逸分数较高，随后在低质量下抑制，导致电离速率过冲，IGM过度电离，因此莱曼α不透明度过低。
2021-09-01 astro-ph.CO astro-ph.GA
Lyman alpha Radiative Transfer with Dust: Escape Fractions from Simulated High-Redshift Galaxies
莱曼α发射线是探测星系形成和演化的重要诊断工具。它不仅通常是高红移星系中可观测到的最强谱线，而且从它的形状可以揭示出它的宿主星系的详细信息。然而，由于Lya光子的散射性质以非平凡的方式增加了它们的路径长度，如果星系中存在尘埃，则该线可能会受到严重抑制，其形状也会改变。为了正确地解释观测结果，知道有多少发射的光实际上逃离了星系是至关重要的。本文结合高分辨率宇宙学流体模拟和包含先进尘埃模型的自适应细化蒙特卡罗Lya辐射转移程序，计算了高红移（z = 3.6）星系Lya辐射的逃逸分数f_esc。除了平均逃逸分数外，还研究了不同方向和不同位置的fesc的变化及其对出射光谱的影响。从一个具有代表性物理性质的模拟星系样本中发现，逃逸分数随着星系维里质量M_vir的增加而减少，从M_vir ~ 10^9 M_sun的接近1的f_esc到M_vir ~ 10^12 M_sun的小于10%的f_esc。尽管尘埃几乎是灰色的，它被发现，出射光谱的影响是不均匀的，与逃逸分数的光子靠近线中心的远高于那些在翅膀，从而有效地缩小Lya线。
2009-07-16 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
Optically-Thin Spatially-Resolved Mg II Emission Maps the Escape of Ionizing Photons
早期的恒星形成星系产生了大量的电离光子。这些光子中的一小部分逃离了星系内的气体，重新照亮了整个宇宙。这个逃逸分数对于确定宇宙如何被再电离至关重要，但是中性星系际介质排除了在高红移下直接测量逃逸分数的可能性。逃逸分数的间接估计必须描述宇宙是如何被再电离的。在这里，我们提出了新的凯克宇宙网络成像空间分辨光谱的共振镁II 2800双峰从红移0.36星系，J1503+3644，与先前观察到的逃逸分数为6%。Mg II的发射具有与恒星连续谱相似的空间范围，并且每个Mg II双线都很好地拟合了单高斯。Mg II的光学厚度较薄。红色和蓝色Mg II发射线双峰的本征通量比$R = F_{2796}/F_{2803}$由原子物理学设置为2，但是Mg $^+$气体沿着视线与Mg II光学深度成比例地减小$R$。结合金属丰度，$R$估计中性气柱密度。观测到的$R$在整个星系中的范围为0.8-2.7，这意味着相对逃逸分数的空间变化系数为2。所有逸出J1503+3644的电离光子都穿过高$R$区域。我们结合Mg II的排放和尘埃衰减，以准确地估计绝对逃逸分数的10个本地莱曼连续体发射星系，并建议Mg II可以预测逃逸分数的时代内的再电离。
2020-08-17 astro-ph.GA
Empirical Constraints on the Star Formation & Redshift Dependence of the Lyman Alpha `Effective' Escape Fraction
我们推导出经验约束的体积平均“有效”逃逸分数的莱曼阿尔法（Lya）光子从恒星形成星系的红移的函数，通过比较恒星形成函数直接从观测推断，观测到的Lya光度函数。我们的分析表明，有效逃逸分数从z=0时的f_esc^eff ~ 1- 5%增加到z=3-4时的f_esc^eff ~ 10%，以及z=6时的f_esc^eff=30- 50%。我们在z=6的约束位于不包括风的模型的预测之上，因此暗示了风在Lya转移过程中的重要性（甚至）在这个红移。我们可以用不依赖于星系恒星形成率（SFR）的f_esc^eff重现Lya光度函数，Lya光度可达~2个数量级。在f_esc ^eff有较大散射（~ 1.0 dex）的模型中，和/或在恒星形成星系只有一小部分寿命或一小部分视线具有非零f_esc ^eff的模型中，有可能重现f_esc^eff随SFR减小的光度函数--这似乎更受脱落星系观测的青睐。我们提供了一个拟合公式来总结我们的发现。
2013-08-13 astro-ph.CO astro-ph.GA
FLaREON : a fast computation of Ly$α$ escape fractions and line profiles
我们提出了FLAREON（快速莱曼阿尔法辐射逃逸流出中性气体），一个公共的Python包，提供快速和准确的莱曼阿尔法逃逸分数和线轮廓在广泛的流出几何形状和属性。该代码结合了不同的算法，如插值和机器学习预测莱曼阿尔法线属性从一个预先计算的网格流出配置的基础上的输出的蒙特卡罗辐射转移代码。在这里，我们描述的算法，讨论其性能，并说明了它的许多应用。最值得注意的是，FLaREON可以用来推断流出介质的物理性质，从观察到的莱曼α线轮廓，包括逃逸分数，或者它可以运行在数百万个对象的星系形成模型，以模拟逃逸的莱曼α光子在宇宙体积。
2020-01-23 astro-ph.GA
The connection between the escape of ionizing radiation and galaxy properties at z~3 in the Keck Lyman Continuum Spectroscopic Survey
电离辐射逃逸分数（$f_{esc}$）和星系性质之间的联系，如恒星质量（M*），年龄，恒星形成率（SFR）和尘埃含量，是再电离模型的关键输入，但这些关系中的许多在高红移下仍然未经检验。本文对Keck-Lyman连续谱巡天（KLCS）中的96个z~3星系进行了分析。这些星系都有灵敏的凯克/LRIS光谱测量的莱曼连续（LyC）区域，和多波段测光的地方限制恒星星族参数。我们构建复合光谱的子样本作为星系属性的函数，并量化每个复合材料的电离光子逃逸。我们发现$f_{esc}$和M* 之间存在显著的反相关，这与宇宙学放大模拟的预测一致。我们还发现$f_{esc}$和E（B-V）之间存在显著的反相关性，编码了我们样本中LyC逃逸的潜在物理学。我们还发现，$f_{esc}$和恒星年龄或特定的SFR（=SFR/M*）之间没有显着的相关性，具有挑战性的解释，同步最近的恒星形成和电离逃逸的有利条件。在KLCS中，与$f_{esc}$相关的星系属性是Ly $α$等效宽度、紫外线亮度、M*、SFR和E（B-V），但年龄或sSFR没有相关性。到目前为止，这是最全面的分析星系属性和LyC逃逸在高红移，并将用于指导未来的模型和观测的再电离时代。
2022-10-29 astro-ph.GA
Reconstructing the redshift evolution of escaped ionizing flux from early galaxies with Planck and HST observations
虽然在$6 \lesssim z \lesssim 10$的星系被认为是宇宙再电离的主导时期，电离通量$f_\mathrm{esc}$的逃逸分数和光子产生率$\dot n_γ$从这些星系必须随红移而变化，同时匹配CMB和低红移观测。我们用普朗克2015年测量的汤姆逊光学深度$τ$、普朗克2016年最近的低多极E模式偏振测量、SDSS BAO数据和$3 \lesssim z \lesssim 10$星系观测来约束$f_\mathrm{esc}(z)$和$\dot n_γ(z)$。我们比较不同的星系光度函数校准到HST观测，使用参数和非参数统计方法，边缘化的有效聚块因子$C_\mathrm{HII}$，的LyC生产效率$ξ_\mathrm{ion}$，和时间演化的紫外线限制幅度$dM_\mathrm{SF}/dz$。使用幂律模型，我们发现$f_\mathrm{esc} \lesssim 0.5$在$z=8$与斜率$β\gtrsim 2.0$在$68\%$的信心，几乎没有依赖于星系光度函数或数据，虽然有不可忽略的概率没有红移演化$β\sim 0$或小逃逸分数$f_\mathrm{esc} \sim 10^{-2}$。$f_\mathrm{esc}(z)$的非参数形式随红移显著地演化，分别在$z=6,9,12$处产生$f_\mathrm{esc} \sim 0.2, 0.3, 0.6$。然…
2016-05-12 astro-ph.CO astro-ph.GA
Revisiting the Lyman Continuum Escape Crisis: Predictions for z > 6 from Local Galaxies
电离莱曼连续谱光子的内禀逃逸分数（$f_{esc}$）对于理解星系是否能够在z>6时再电离早期宇宙中的中性氢是至关重要的。不幸的是，直接观测不可能获得z>4的$f_{esc}$，并且对低红移星系的少数测量一致地发现$f_{esc}$ <10%，而对于主导再电离的星系，至少$f_{esc}$ ~ 10%是必需的。在这里，我们提出的第一个经验预测$f_{esc}$在z>6结合[OIII]/[OII]和$f_{esc}$之间的关系（稀疏填充）与红移演变的[OIII]/[OII]预测从本地高z类似物选择其H $α$等效宽度。对于log（M/M $_{sun}$）~ 9.0（误差为1 $σ$）的星系，我们发现在z=6时$f_{esc}$ = $5.7_{-3.3}^{+8.3}$ %，在z=9时$f_{esc}$ = $10.4_{-6.3}^{+15.5}$ %.然而，有一个负相关的恒星质量，我们发现高达50%的大$f_{esc}$每0.5德克斯减少恒星质量。群体平均逃逸分数根据$f_{esc}$ = $f_{esc,0} ((1+z)/3)^a$增加，对于log（M/M $_{sun}$）~ 9.0，z > 2时的$f_{esc,0} = 2.3 \pm 0.05$ %和$a=1.17 \pm 0.02$。通过我们对$f_{esc}$的经验预测（从而修正了一个重要的未知变量）以及对聚集因…
2016-11-06 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Low-Redshift Lyman Continuum Survey I: New, Diverse Local Lyman-Continuum Emitters
赖曼连续谱（LyC）光子的起源负责宇宙的再电离是未知的和高度争议。由于星系际介质的吸收，从再电离时代检测LyC光子是不可能的，这促使了几种间接诊断的发展，以推断星系通过研究较低的红移类似物贡献LyC光子来重新电离宇宙的速率。我们提出的低红移莱曼连续巡天（LzLCS）包括测量与HST/COS的z=0.2-0.4的66个星系的样本。经过仔细处理的FUV光谱，我们得到了总共35个莱曼连续发射体（LCE）检测到97.725%的置信度，近三倍的已知本地LCE的数量。我们估计逃逸分数从检测到的LyC通量和未检测到的LyC通量的上限，找到一个范围内的LyC逃逸分数高达50%。在35个LzLCS LCE中，有12个的LyC逃逸分数大于5%，是具有宇宙学相关LyC逃逸的已知局部LCE数量的两倍多。
2022-01-27 astro-ph.CO astro-ph.GA
Quantifying Distributions of Lyman Continuum Escape Fraction
模拟已经表明，大多数逃逸的莱曼连续体光子通过具有接近完全透明的少数立体角逃逸，而剩余的大多数立体角基本上是不透明的，导致在不同角度观察时逃逸分数的非常宽和偏斜的概率分布函数（PDF）。因此，沿视线观测到的星系莱曼连续谱光子的逃逸分数仅仅代表沿该视线的星际介质的性质，这可能是对星系在其整个天空平均的真实逃逸分数的不恰当的表示。在这里，我们研究如何莱曼连续光子逃逸星系在$z=4-6$，利用高分辨率的大尺度宇宙辐射流体动力学模拟。我们计算模拟观测样本的平均逃逸分数（$\left<f_{\rm esc,1D}\right>$）的PDF，作为样本量的函数，与真实平均值（无限样本量）进行比较。我们发现，当样本量很小时，表观均值会向低端倾斜。例如，对于6.7%的真实平均值，在$z=4$观测的（2，10，50）个星系的样本将有2.5%的概率获得低于$\left<f_{\rm esc,1D}\right>=$（0.007%，1.8%，4.1%）的样本平均值，2.5%的概率获得大于（43%，18%，11%）的样本平均值。我们的模拟表明，至少$\sim$ 100星系应该堆叠，以限制在20%的不确定性的真实逃逸分数。
2015-02-13 astro-ph.GA
Limits on Lyman Continuum escape from z=2.2 H-alpha emitting galaxies
莱曼连续光子从恒星形成星系中的泄漏是一个难以捉摸的参数。当被观测时，它提供了大量关于星系中恒星形成和星际介质几何形状的信息，并限制了恒星形成星系在宇宙再电离中的作用。z~2处的H-α选择星系追踪了宇宙恒星形成历史高峰期最高的恒星形成种群，为直接测量Lyman连续谱逃逸提供了基础。在这里，我们介绍这种方法，并强调其优点以及警告。我们还使用该方法在钱德拉深场南部z=2.2的10个H-α发射器上，也用哈勃太空望远镜在紫外线下成像。我们没有发现单独的莱曼连续谱检测，我们的堆栈将平均绝对逃逸分数的上限设为<24%，与类似的研究一致。随着未来计划的观测，样本量将迅速增加，这里提出的方法将提供非常强大的逃逸分数的约束。
2015-11-02 astro-ph.GA
Redshift evolution of Lyman continuum escape fraction after JWST
本研究基于JWST观测，利用无衰减模型（AFM）分析z>10星系的辐射驱动外流对莱曼连续谱逃逸率f_esc的影响，揭示其随红移增加的演化规律，解释了高红移星系平均紫外光谱斜率β的下降趋势。
2025-08-22 astro-ph.CO astro-ph.GA
MgII in the JWST Era: a Probe of Lyman Continuum Escape?
有限的约束条件的演变莱曼连续（LyC）逃逸分数代表的主要不确定性之一，在理论上确定的再电离历史。由于星系际介质（IGM）的介入，在再电离时期直接观测LyC光子的可能性非常小。由于这个原因，已经鉴定了多种LyC逃逸的间接探针，其中一些用于鉴定低红移LyC泄漏物（例如O32），而其他探针主要用于$z>6$（例如[OIII]/[CII]远红外发射）。在2796 $\dot{\rm A}$和2803 $\dot{\rm A}$处的共振MgII双峰发射的通量比以及MgII光学深度最近被提出作为可以在具有JWST的$z>6$处采用的LyC泄漏的理想诊断。使用国家的最先进的宇宙学辐射流体动力学模拟后处理的云和共振线辐射转移，我们测试是否镁II确实是一个有用的探针LyC泄漏。我们的模拟表明，大多数明亮的，恒星形成的星系与高LyC逃逸分数预计将是镁II发射器，而不是吸收器在$z=6$。然而，我们发现，MgII的双重通量比是一个更敏感的指标，而不是中性氢的尘埃，限制其使用作为一个LyC泄漏指标，只有在光学薄制度的星系。鉴于其共振性质，我们表明，镁II将是一个令人兴奋的探测高红移星系在即将到来的JWST观测复杂的运动学。
2022-05-23 astro-ph.CO astro-ph.GA
Reionization with star-forming galaxies: insights from the Low-z Lyman Continuum Survey
从星系逃逸的电离光子的分数，$f_{esc}$，是在同一时间的再电离建模和一个非常鲜为人知的量，特别是在高红移的一个关键参数。最近的观测开始限制低z恒星形成星系中的$f_{esc}$值，但这种比较的有效性仍有待验证。在高z应用$f_{esc}$和低z莱曼连续统巡天的紫外斜率趋势之间的经验关系，我们使用DELPHI半解析星系形成模型来估计高z星系的全球电离发射率，我们使用它来计算由此产生的再电离历史。我们发现，全球电离发射率和再电离历史符合观测约束。假设低z相关性在再电离时期保持不变，我们发现具有$-16 \lesssim M_{UV} \lesssim -13.5$的星系是再电离的主要驱动者。我们在z= 4.5，6，8处导出总体平均的$\langle f_{esc} \rangle \simeq 8\%, 10\%, 20\%$。
2022-12-12 astro-ph.CO astro-ph.GA
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
The Connection Between Reddening, Gas Covering Fraction, and the Escape of Ionizing Radiation at High Redshift
我们利用z~3的大样本星系建立了红移、中性气体覆盖率（fcov（HI））和高红移电离光子逃逸之间的关系。我们的样本包括933个z~3的星系，其中121个在剩余紫外（λ =850-1300 A）下具有非常深的光谱观测（>7小时）。基于这些星系的复合光谱所示的外流光学厚HI的高覆盖率，我们得出结论，光电吸收，而不是尘埃衰减，占主导地位的电离光子耗尽。通过模拟的复合光谱的组合的未衰减的恒星光谱，包括星云连续发射的一个被吸收的HI和红的视线消光，我们得出的经验关系E（B-V）和fcov（HI）。具有更红的UV连续体的Galerkin具有更大的HI覆盖分数，其特征在于更高的视线折射率。我们的结果与Lya通过无气体视线的逃逸是一致的。覆盖分数的基础上，低电离星际吸收线系统低估那些推导出的HI线，这表明大部分流出的气体可能是贫金属。我们发展了一个模型，它连接的电离逃逸分数与E（B-V），并可用于估计逃逸分数的一个系综的高红移星系。或者，直接测量我们的数据的逃逸分数，使我们能够限制的内在900-1500 A的流量密度比为>0.20，一个值，有利于恒星星族模型，包括较弱的恒星风，一个平坦的初始质量函数，和/或二进制的演变。最后，我们展示了如何在这里讨论的框架可以用来评估电离辐射逃逸高红移星系的途径。[删节]
2016-06-10 astro-ph.GA
The Lyman Continuum Escape Survey -- II: Ionizing Radiation as a Function of the [OIII]/[OII] Line Ratio
我们讨论了一个大的（~50）样品的z=3.1莱曼α发射体（LAEs）的物理性质表明，这样的来源是有前途的星系在再电离时代的类似物的休息帧光发射线光谱。现在已经确定了可靠的莱曼连续体逃逸分数，用于从莱曼连续体逃逸调查（LACES）中获得的大样本LAE，该调查是通过Fletcher等人（2019）报告的SSA 22调查区域中的深层HST成像进行的。使用新的措施[OII]发射固定从凯克MOSFIRE光谱，我们重新检查，对于一个更大的样本，早期的声称，莱曼连续泄漏可能与星云发射线比[OIII]/[OII]预期的密度约束HII地区。我们发现，一个大的[OIII]/[OII]线比确实是莱曼连续泄漏的必要条件，加强早期的索赔使用较小的样品在各种红移。然而，并不是所有的LAE与大[OIII]/[OII]线比的泄漏和泄漏的辐射似乎不与其他光谱诊断的差异。这表明泄漏辐射的检测受到附加属性的调制，可能是多孔HII区域的视角。我们讨论了我们的新结果的背景下，引人注目的双峰的LAE泄漏和非泄漏的LACES计划中发现的宇宙再电离源的影响。
2019-12-31 astro-ph.GA
The physics of Lyman-alpha escape from disc-like galaxies
氢发射线可以提供有关本地和高红移宇宙中恒星形成星系的广泛信息。本文采用高分辨率的孤立Milky Way辐射流体力学模拟，利用SMUGGLE星系形成模型，详细研究了Lyman连续谱（LyC）、Lyman α（Lyα）和Balmer线（Hα和H \b{eta}）的辐射转移。现实的框架包括恒星反馈，非平衡热化学，和尘埃颗粒在星际介质（ISM）的演变。我们扩展了我们的宇宙Lyα转移（COLT）程序，用光电离平衡蒙特卡罗辐射转移进行自洽的端到端（非）共振线预测。精确的LyC再处理到复合发射需要模拟灰尘（27.5%），氦电离（8.7%）和各向异性逃逸分数（7.9%）的预吸收，因为这些减少了氢线发射（55.9%）的可用预算。我们调查的多相尘埃ISM，光盘的几何形状，气体运动学，和恒星形成活动在管理的物理发射和逃逸的作用，专注于时间的变化，气相结构，和空间，光谱和视角的依赖性的出射光子。孤立盘模拟非常适合与当地Hα巡天进行全面的观测比较，但需要适当的宇宙学环星系介质（CGM）环境以及较少的尘埃吸收和旋转增宽，才能作为高红移Lyα发射星系的模拟。未来我们的框架将应用于下一代星系形成的宇宙学模拟，包括解决<10 pc多相ISM和<1 kpc CGM结构的辐射流体动力学，这将为当前和即将到来的Lyα观测提供重要的见解和预测。
2022-09-26 astro-ph.CO astro-ph.GA
Properties of QSO Metal Line Absorption Systems at High Redshifts: Nature and Evolution of the Absorbers and New Evidence on Escape of Ionizing Radiation from Galaxies
使用Voigt轮廓拟合程序对9个类星体的Keck HIRES谱进行拟合，我们识别出1099个CIV吸收体成分，它们聚集在莱曼森林外的201个系统中，分布范围为1.6 < z < 4.4。与相关的SiIV，CII，SiII和NV在可用的情况下，我们调查散装统计和电离特性的组件和系统，并发现没有显着的变化，而CII，SiII和NV的红移CIV和SiIV的变化很大。CIV组件表现出很强的集群，但没有集群检测到系统的规模从150公里/秒到50000公里/秒。我们的结论是集群完全是由于气体存在于星系的环星系介质的奇特速度。使用特定的组合的离子比，我们比较我们的观察与模型电离预测的吸收暴露于metagalactic电离辐射背景增强邻近辐射从其相关的星系，并发现普遍接受的辐射逃逸的透明通道从内部恒星形成网站的手段是光谱上不可行的，我们更强的吸收。我们开发了一个积极的方案的基础上失控的恒星与由此产生的辐射，自然使所需的光谱收敛，并反过来提供相关星系的形态演化的经验指标的流出的变化。再加上我们样本中较弱的吸收体所指示的相对紧凑的星系共存的种群，辐射的集体逃逸足以维持IGM在1.9 < z < 4.4的整个范围内电离。
2014-10-08 astro-ph.CO astro-ph.GA
Small-scale Intensity Mapping: Extended Halos as a Probe of the Ionizing Escape Fraction and Faint Galaxy Populations during Reionization
我们提出了一种新的方法来量化的电离光子逃逸分数的值，并在宇宙再电离的时代，超微弱的星系聚集在明亮的物体周围的存在，使用弥漫的Ly $α$，连续和H $α$发射观测星系周围的$z\sim6$。我们通过扩展Mas-Ribas & Dijkstra（2016）和Mas-Ribas et al.（2017）中开发的形式主义，考虑到从中央星系逃逸的电离光子提供的荧光发射以及卫星恒星形成源的星云发射，对漫射晕的表面亮度分布进行了建模。我们预测的配置文件和LY $α$观测$z=5.7$和$z=6.6$之间的比较有利于低电离逃逸分数，$f_{\rm esc}^{\rm ion}\sim5\%$，星系的范围$-19\gtrsim M_{\rm UV} \gtrsim -21.5$。然而，由于观察中的不确定性和可能的系统性，无法得出确切的结论。我们预测H $α$和休息帧可见连续观测与JWST，并表明，JWST将能够检测扩展（几十千秒差距）荧光H $α$发射供电的电离光子逃逸从一个明亮的，$L\gtrsim 5L^*$，星系。这种观测可以区分荧光发射和卫星源的星云发射。我们讨论了如何观测和堆叠的几个对象可能会提供独特的约束逃逸分数微弱的星系和/或丰富的超微弱辐射源。
2017-07-24 astro-ph.GA
Charting the Lyman-alpha escape fraction in the range 2.9<z<6.7 and consequences for the LAE reionisation contribution
本文通过研究A2744透镜星系团后方96个暗弱LAE及光度函数整体演化，揭示红移2.9至6.7范围内莱曼-α逃逸分数在暗端显著升高，z~6时接近100%，表明暗弱星系是宇宙再电离的重要贡献者。
2024-08-01 astro-ph.GA
A machine-learning approach to measuring the escape of ionizing radiation from galaxies in the reionization epoch
最近在$z \gtrsim 7$对星系的观测，以及普朗克任务测得的电子散射光学深度的低值，使星系似乎是再电离时期电离光子的主要来源。然而，星系驱动的再电离的情况下铰链的假设，电离光子的平均逃逸分数是显着高于星系在再电离时代比在本地宇宙。詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）上的NIRSpec仪器将能够对再电离时代星系的大样本进行光谱观测。虽然电离光子的泄漏将无法从这些光谱中直接测量，但预计泄漏将对光谱斜率和星云发射线在静止帧紫外和光学中的强度产生间接影响。在这里，我们应用机器学习技术称为套索回归模拟$z=7$星系的模拟JWST/NIRSpec观测，以获得一个模型，可以预测逃逸分数从JWST/NIRSpec数据。除了模拟光谱中的系统偏差之外，我们的方法能够检索逃逸分数，对于我们的基准模拟，在1500 nm的静止帧波长处具有$S/N\approx 5$的光谱，平均绝对误差为$Δf_{\mathrm{esc}} \approx 0.12$。这种预测精度代表了对以前类似方法的显著改进。
2016-07-01 astro-ph.GA
Direct Detection of Lyman Continuum Escape from Local Starburst Galaxies with the Cosmic Origins Spectrograph
我们报告在两个邻近的星暴星系的莱曼连续辐射的检测。Tol 0440-381、Tol 1247-232和Mrk 54是由哈勃太空望远镜上的宇宙起源光谱仪观测到的。这三个星系的径向速度约为13，000 km/s，允许在银河系莱曼边缘912 A的莱曼连续统上有一个约35 A的窗口。使用G140 L光栅的所选仪器配置覆盖了912至2，000 nm的光谱范围。我们开发了一种专用的背景减除方法来解释探测器的时间和空间背景变化，这在912 A附近的低通量水平下至关重要。这一修改后的管道使我们能够显着改善统计和系统检测器噪声，并将提供给社区。我们在这三个星系中都探测到莱曼连续体。然而，我们保守地将Tol 0440-381中的发射解释为上限，这是由于地冠莱曼系线可能的污染。我们从远紫外连续谱和谱线中确定了当前恒星形成的性质，并使用合成模型来预测当前热恒星群体发出的莱曼连续辐射。我们讨论了各种模型的不确定性，如，除其他外，大气和演变模型。莱曼连续逃逸分数来自观测和预测的莱曼连续通量之间的比较。Tol 1247-232、Mrk 54和Tol 0440-381的绝对逃逸分数分别为（4.5 +/- 1.2）%、（2.5 +/- 0.72）%和<（7.1 +/- 1.1）%。
2016-03-22 astro-ph.GA
Systematic Bias in Ionizing Radiation Escape Fraction Measurements from Foreground Large-Scale Structures
本研究利用268个背景星系和COSMOS场密度图，发现Lya光学深度与星系密度正相关，表明过密区域的中性气体会导致电离辐射逃逸分数测量产生系统性偏差，并强调测光方法及Euclid等巡天在修正此效应中的优势。
2025-04-23 astro-ph.GA
Constraining the escape fraction of ionizing photons from HII regions within NGC 300: A concept paper
使用宽带测光从哈勃太空望远镜结合甚大望远镜窄带Halpha观测附近的螺旋星系NGC 300，我们探索一种方法来估计逃逸分数的氢电离光子从HII区域在这个星系。我们在这个概念研究的目标是评估光谱类型的最大质量的恒星使用宽带数据和估计其电离光子输出的帮助下，恒星大气模型。与给出HII区域中电离气体量的Halpha通量的比较提供了从该区域的电离光子逃逸分数的测量。我们进行了一些测试与一些合成的年轻的集群与不同的参数，以评估该方法的可靠性。然而，我们发现，导出的恒星光谱类型，从而预期的电离光子光度的区域是高度不确定的。结果还表明，一方面，对于年轻恒星数少的区域，我们倾向于高估该区域的积分光子输出;另一方面，对于恒星数多且年龄大的星系团，我们大多低估了该区域的总电离光度。我们的结论是，所提出的方法，使用恒星宽带测光推断电离光子从HII地区泄漏是高度不确定的，所产生的恒星光谱类型的错误占主导地位。因此，这种方法是不合适的。恒星光谱需要可靠地确定恒星类型和逃逸分数。为此目的，已经对麦哲伦云进行了研究。
2016-06-03 astro-ph.GA astro-ph.SR
