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
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$f_{\rm es…
2022-07-22 astro-ph.CO astro-ph.GA
No missing photons for reionization: moderate ionizing photon escape fractions from the FIRE-2 simulations
本文给出了真实环境中的反馈项目中34个高分辨率宇宙学放大模拟星系在z>5时的氢电离光子逃逸分数（f_esc），并用电离辐射的蒙特卡罗辐射转移代码进行了后处理。我们的样品由8500个晕组成，在M_vir~10^8--10 ^$> 12} M_sun（M_star~10^4--10 ^$> 10} M_sun），z=5--12。我们发现，<f_esc>当M_vir~ 10^{9.5}-10 ^{11} M_sun时，样品平均值随晕质量的增加而增加，当M_vir>10^{11} M_sun时，样品平均值随晕质量的增加而减小。当量，<f_esc>随着恒星质量的增加而增加，直到M_star~10^8 M_sun，并在更高的质量下减少。即使应用单星恒星星族合成模型，我们也发现<f_esc>在M_star~10^8 M_sun的星系中有一个中等的~0.2。几乎一半的逃逸电离光子来自1- 300万年前的恒星，其余的来自3- 1000万年前的恒星。双星只有适度的影响，增加<f_esc>约25- 35%，逃逸光子的数量增加60- 80%。大多数泄漏的电离光子来自恒星形成活跃的区域，这些区域通常包含一个由致密壳层包围的反馈驱动的kpc尺度的超级气泡。壳层在加速的同时正在形成恒星，所以壳层中较早形成的新恒星已经在壳层内部。气泡中和壳层边缘附近的年轻恒星可以完全覆盖一些通过反馈预先清除的低柱密度路径，…
2020-08-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Lyman Continuum Escape Survey: Ionizing Radiation from [O III]-Strong Sources at a Redshift of 3.1
我们目前的结果，从连续逃逸巡天（LACES），哈勃太空望远镜（HST）的计划，旨在表征电离辐射出现从一个样本的莱曼α发射星系在红移$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
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
The origin of the escape of Lyman alpha and ionizing photons in Lyman Continuum Emitters
确定驱动莱曼连续统（LyC）光子逃逸的机制对于找到莱曼连续统激发（LCE）候选者至关重要。为了了解LyC光子泄漏所涉及的物理性质，我们研究了HI覆盖分数，HI速度宽度，Lyman alpha（LyA）属性和LyC光子逃逸之间的联系，在22个恒星形成星系的样本中，包括13个LCE。我们拟合了920和1300 A之间的恒星连续谱、尘埃衰减和吸收线，以提取HI覆盖分数和尘埃衰减。此外，我们还测量了光学厚的莱曼系的HI速度宽度，并推导出LyA等效宽度（EW），逃逸分数（fesc），峰值速度和通量在最小的LyA配置文件。总体而言，我们强调了低HI覆盖分数的存在与（1）低LyA峰值速度之间的强相关性;（2）剖面最小值处的更多通量;以及（3）较大的EW（LyA），fesc（LyA）和fesc（LyC）。因此，低柱密度通道是LyC和LyA光子泄漏的关键ISM成分。此外，具有较窄的HI吸收速度宽度的星系具有较高的LyA等效宽度，较大的LyA逃逸分数和较低的LyA峰值速度分离。这表明这些星系具有低HI柱密度。最后，我们发现，灰尘调节LyA和LyC辐射的量，实际上逃脱ISM。总的来说，ISM孔隙度是强LyA发射的一个来源，并使电离光子在低z泄漏逃逸。然而，这并不足以解释观测到的最大fesc（LyC），这表明最极端的LCE可能沿着观测者的所有视线都是密度有限的。总的来说，中性气体孔隙率限制了LyC和LyA…
2020-05-14 astro-ph.CO 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
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
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
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
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
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
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 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
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
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
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
Runaway Stars and the Escape of Ionizing Radiation from High-Redshift Galaxies
银河系中大约30%的大质量恒星是逃逸的，速度超过30 km/s。它们的高速使它们能够在距离出生地0.1-1千秒差距的地方旅行，然后在它们的几个百万年寿命结束时爆炸。在高红移时，当星系比本地宇宙小得多时，逃跑者可以冒险远离宿主星系的致密内部区域。由于这些大的半径和低的柱密度，它们的大部分电离辐射能够逃逸到星系际介质中。因此，逃逸可能会显着提高电离辐射，fesc，从高红移的小星系的整体逃逸分数。我们提出了高红移逃逸粒子数的简单模型，以及它作为晕质量、大小和红移的函数对fesc的影响。我们发现逃逸星系的加入会使fesc增加1.1-8倍，这取决于晕质量、星系几何形状和逃逸产生的机制，这意味着逃逸星系可能贡献了从高红移星系逃逸的总电离辐射的50-90%。因此，逃逸粒子可能在宇宙再电离中扮演重要角色。
2012-05-15 astro-ph.CO
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
The fraction of ionizing radiation from massive stars that escapes to the intergalactic medium
恒星在星系际介质电离中所起的作用仍然是一个悬而未决的问题。一个关键的问题是恒星电离辐射的比例，它是在其中产生的星系逃逸。伽马射线暴余辉的光谱学可以用来确定其宿主星系中的中性氢柱密度，从而确定沿观测线到暴的极紫外辐射的不透明度。因此，合理地假设长持续时间的GRB位置代表了大质量恒星的位置，这些恒星主导了EUV的产生，人们可以计算电离辐射的平均逃逸分数，这种方式与星系的大小，光度或基本光谱无关。在这里，我们提出了一个样本的NH测量的138个伽玛暴在1.6<z<6.7，并使用它来建立一个平均逃逸分数在莱曼极限为<fesc>~0.005，98%的置信上限为~0.015。这个分析表明，恒星在z<5处对IGM的电离辐射收支有很小的贡献，而大部分爆发都在那里。在较高的红移，z>5，确定的结论是有限的小规模的伽玛暴样品，但任何平均HI柱密度的下降似乎是温和的。我们也没有发现一个显着的相关性的NH与星系紫外线光度或主机恒星质量，这些都是可用的事件的子集。我们详细讨论了一些选择效应和潜在的偏见。利用一系列的证据，我们认为，这样的影响，而不是可以忽略不计的，是不可能产生系统误差超过一个因素~2，所以不会影响的主要结论。鉴于许多伽玛射线暴的宿主是低金属量、高比恒星形成率的矮星系，这些结果对这样的星系主导宇宙再电离的假设提出了一个特殊的问题。
2018-05-18 astro-ph.CO astro-ph.GA
The escape fraction of ionizing photons from high redshift galaxies from data-constrained reionization models
高红移星系电离光子的逃逸分数f_{esc}是理解宇宙再电离和恒星形成历史的关键参数。然而，尽管作出了许多努力，但在很大程度上仍然不确定。我们提出了一种新的，半经验的方法的基础上，同时匹配的最近确定的亮度函数（LF）的星系在红移范围6 \leq z \leq 10与再电离模型的各种实验数据的约束。从这个过程中，我们得到了f_{esc}的最佳拟合值及其2 σ极限的演变。我们发现，在星系总体上取平均值，（i）逃逸分数从z=6时的f_{esc} = 0.068_{-0.047}^{+0.054}增加到z=8时的f_{esc} = 0.179_{-0.132}^{+0.331};（ii）在z=10时，我们只能设定f_{esc} > 0.146的下限。因此，尽管误差很大，但有迹象表明，从z=6到z=8，平均逃逸分数增加了2.6倍，这可能部分地缓解了“饥饿再电离”问题。
2012-09-26 astro-ph.CO
Keck Spectroscopy of Gravitationally Lensed z=4 Galaxies: Improved Constraints on the Escape Fraction of Ionizing Photons
从年轻的恒星形成星系逃逸的电离光子的比例是确定星系在宇宙再电离中的作用的最大不确定性之一。然而，传统的技术来测量这一部分是不适用于感兴趣的红移由于前景筛选莱曼α森林。在较早的研究中，我们证明了在复合光谱的莱曼break星系在z=4的低电离吸收线的等效宽度减少相比，在z=3的类似措施。这可能意味着中性气体的覆盖率较低，因此电离光子的逃逸率随红移而增加。然而，我们的光谱分辨率不足以区分几种不同的解释，包括流出运动学的红移变化。在这里，我们提出了更高质量的光谱3引力透镜莱曼break星系在z=4的光谱分辨率足以打破这种退化的解释。我们提出了一种方法来推导覆盖分数的低电离气体作为流出速度的函数，并比较结果与类似质量的数据在较低的红移星系。我们发现一个显着的趋势，较低的覆盖率低电离气体的星系与强\Lya发射。结合我们早期工作中\Lya辐射红移的人口统计趋势，我们的结果提供了新的证据，证明了平均H I覆盖分数的减少，从而增加了Lyman break星系电离辐射的逃逸分数，红移。
2013-04-29 astro-ph.CO
Filamentary Infall of Cold Gas and Escape of Lyman Alpha and Hydrogen Ionizing Radiation from an Interacting High-Redshift Galaxy
我们目前的观测一个特殊的莱曼α发射星系在红移3.344，发现在一个深，盲光谱调查微弱莱曼α发射器与麦哲伦II望远镜在哈勃超深场（HUDF）。该星系表现出复杂的莱曼α发射，包括一个扩展的，不对称的组成部分，部分抑制阻尼莱曼α吸收，和两个空间拉长，狭窄的发射功能。存档的HST ACS成像显示了恒星成分潮汐破坏的证据。这个V=27的星系似乎给了我们前所未有的见解，在高红移结构的形成中的两个基本阶段：气体流入普通星系，和逃逸到星系际介质的电离辐射。中性氢，部分落在一个狭窄的灯丝的形式，似乎发出荧光莱曼α光子引起的恒星电离通量逃离扰动星系。下落的物质可能代表一次冷吸积或相互作用触发的流入。观测到的莱曼α辐射所需的电离光子的速率与观测到的恒星星族产生的光子的速率是一致的，大约50%的电离光子从邻近的星系逃逸并遇到了下落的气体。星系的观测特性支持星系间的相互作用促进莱曼α和电离辐射逃逸的观点。我们认为，像目前的对象的星系可能是常见的高红移。因此，这个星系可能是一个较晚的例子，相互作用的矮星系人口显着贡献的宇宙再电离。
2011-05-24 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
The redshift evolution of escape fraction of hydrogen ionizing photons from galaxies
利用我们的宇宙学辐射转移程序，我们研究了更新的类星体发射率和恒星形成历史对星系氢电离光子逃逸分数（f_esc）的影响。我们估计了在后再电离时代宇宙再电离和维持星系际介质电离态所需的fesc。在z> 5.5时，我们证明了0.14到0.22的常数f_esc足以重新定义宇宙。在z <3.5时，与各种观察结果一致，我们发现f_esc可以具有从0到0.05的值。然而，在z = 3.5至5.5之间，需要f_esc的急剧上升，至少约为3倍。这是由于在z> 3时，类星体发射率迅速下降，而在3 <z <5时，H I光电离率几乎不变。我们表明，如果我们考虑最近发现的z> 4的大量密度的微弱类星体的贡献，那么在很短的时间内f_esc急剧上升的要求可以放宽。此外，对这类星体对高z的贡献进行简单的外推表明，类星体本身就可以使宇宙重新发光。这意味着，在z> 3.5时，要么星系的性质会迅速演变以增加fesc，要么大多数低质量星系都拥有大质量黑洞并在很长一段时间内维持吸积。这些结果激发了对这些替代方案的理论预测的仔细调查，这些替代方案可以使用未来的观测来区分。此外，它也是非常重要的，重新测量的H I光电离率是至关重要的分析在这里。
2016-02-16 astro-ph.CO astro-ph.GA
Ionization State of Inter-Stellar Medium in Galaxies: Evolution, SFR-M_star-Z Dependence, and Ionizing Photon Escape
利用电离参数敏感线比[OIII]5007/[OII]3727和光电离模型，系统地研究了z=0-3的星系中星际介质的电离态，其中包括文献中的140，000个SDSS星系和108个中高红移星系。我们确认z=2-3的星系的[OIII]/[OII]比值明显高于SDSS中典型的恒星形成星系，其系数大于10倍，光电离模型显示这些高z星系的电离参数log（qion/cm s^{-1}）约为7.6-9.0，比本星系高4-10倍。对于任何红移的星系，我们确定了[OIII]/[OII]比值与恒星形成率（SFR），恒星质量（M_star）和金属丰度（Z）的星系整体性质之间的相关性。本文推广了基本金属丰度关系式（FMR），发展了基本电离关系式（FIR），即电离参数、SFR、M_star和Z的四维关系式。中z和高z星系（z~3）遵循由局域星系定义的FIR，而FMR则可能从z~2演化到z~ 3。我们发现，在忽略电离参数差异的情况下，z~2-3星系的FMR演化出现，而在高电离参数的z~3星系的平均金属丰度解中，FMR演化不存在。有趣的是，这两个局域Lyman连续发射星系（LyC泄漏星系）都有很高的[OIII]/[OII]比值，表明[OIII]/[OII]与电离光子逃逸分数（fesc）之间存在正相关关系，我们的光电离模型成功地解释了这一现象.由于z~2-3星系的[OIII]/[OII]比值，特别是Ly-alpha…
2014-05-06 astro-ph.CO astro-ph.GA
A Deep HST Search for Escaping Lyman Continuum Flux at z~1.3: Evidence for an Evolving Ionizing Emissivity
我们获得了15个z~1.3的星暴星系在GOODS场中的深哈勃空间望远镜远紫外图像，以寻找逃逸的莱曼连续谱光子。这些是在这么大的面积（4.83弧分^[2]）上拍摄到的最深的远紫外图像（m_{AB} =28.7，3σ，1”直径），并为任何红移的星系提供了最佳的逃逸分数约束。我们没有探测到任何单独的星系，3σ极限的莱曼连续统（~700 μ m）通量比静止坐标系UV（1500 μ m）连续统通量暗50- 149倍（以f_nu计）。校正平均IGM衰减（因子~2）以及恒星固有的莱曼破裂（~3），这些限制转化为相对逃逸分数限制f_{esc,rel} <[0.03，0.21]。叠加极限为f_{esc,rel}（3σ）<0.02。我们使用蒙特卡罗模拟来正确解释IGM不透明度的预期分布。当包括以前的调查在z~1.3的限制，我们发现，在95%的置信水平，不超过8%的恒星形成星系在z~1.3可以有相对逃逸分数大于0.50。或者，如果大多数星系的逃逸莱曼连续统很小，但不为零，那么逃逸分数不可能超过0.04。叠加极限和来自蒙特卡罗模拟的极限两者均表明，在z~1.3处的平均电离发射率（相对于非电离UV发射率）显著低于在z~3处的莱曼断裂镓（LBG）中观察到的。如果恒星形成星系的电离辐射率实际上随红移而增加，这将有助于解释IGM在z>4时的高光电离率和星系际介质在z>6时的再电离率。[删节]
2010-01-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
Tidally offset neutral gas in Lyman continuum emitting galaxy Haro 11
本研究通过21厘米谱线成像邻近再电离类比星系Haro 11，发现并合相互作用使中性氢整体偏移星系中心约6千秒差距，揭示了星系相互作用可同时提升莱曼连续谱产生量并推动其逃逸，为理解宇宙再电离机制提供新依据。
2023-12-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
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
The ionizing photon budget and effective clumping factor in radiative transfer simulations calibrated to Lyman-alpha forest data
本文利用JWST电离光子效率测量，在经XQR-30莱曼α森林校准的ATON-HE辐射转移模拟中约束逃逸率和有效成团因子，发现寡头源模型在高红移受排斥。
2024-12-02 astro-ph.CO
A case study of hurdle and generalized additive models in astronomy: the escape of ionizing radiation
宇宙的黑暗时代随着居住在原始星系中的第一代恒星的形成而结束。这些物体是第一个在宇宙气体从中性状态转变为电离状态的时期产生紫外线电离光子的物体，称为再电离时代（EoR）。理解EoR的一个关键方面是探索能够逃离暗晕的电离光子比例（也称为逃逸分数（$f_{esc}$））与星系物理性质之间的相互关系。这项工作开发了一个健全的统计模型，适合占这种非线性关系和非高斯性质的$f_{esc}$。这个模型同时估计了一个给定的原始星系开始电离光子产生的概率，并估计了一旦它被触发，$f_{esc}$的平均水平。该模型在第一个十亿年的模拟套件，从我们表明，重子分数和电离光子的速率似乎有一个更大的影响$f_{esc}$比以前认为的。对同一问题的简单单变量分析表明，这些属性的影响较小，而对特定恒星形成率的影响要大得多，在统计模型中考虑到其他星系属性和非线性后，这种影响会减少。
2019-01-13 astro-ph.CO astro-ph.IM stat.AP
The Metagalactic Ionizing Background: A Crisis in UV Photon Production or Incorrect Galaxy Escape Fractions?
最近提出的“光子生产不足危机”（Kollmeier \etal \ 2014）引起了对超银河系紫外线背景（UVB）中电离光子强度和光谱的关注。氢光电离和复合的平衡决定了低红移星系际介质（IGM）的不透明度。我们校准氢光电离率（$Γ_{\rm H}$）通过比较{ \it哈勃太空望远镜}光谱调查的低红移列密度分布的\HI \吸收剂和观察到的（$z < 0.4$）平均\Lya \通量递减，$D_A = (0.014)(1+z)^{2.2}$，新的宇宙学模拟。分布，$f(N_{\rm HI}, z) \equiv d^2 {\cal N} / d(\log N_{\rm HI}) dz$，是一致的增加UVB，包括类星体和星系的贡献。我们推荐的拟合，$0 < z < 0.47$的$Γ_{\rm H}(z) = (4.6 \times 10^{-14}$ s $^{-1})(1+z)^{4.4}$，对应于$z = 0$处的单向LyC光子通量$Φ_0 \approx 5700$ ~cm $^{-2}$ ~s $^{-1}$。该通量与观测到的IGM金属电离比（\CIII / \CIV \和\SiIII / \SiIV）一致，并表明\Lya \吸收体对宇宙重子清单的贡献为25-30\%。在低红移UVB的主要不确定性是来自星系中的大质量恒星的贡献和LyC逃逸分数（$f_{\rm esc}$），一个高度…
2015-08-12 astro-ph.CO
The production and escape of Lyman-Continuum radiation from star-forming galaxies at z~2 and their redshift evolution
我们研究了电离光子的产生率的588 H PDMATHAMM发射体（HAE）和160莱曼-PDMATHAMM发射体（LAES）在PDMATHAMN在COSMOS领域，以评估隐含的发射率从星系，根据他们的紫外光度。通过用GALEX/ $NUV$数据探索静止框架莱曼连续统（LyC），我们通过中值（平均值）叠加找到f $_{\rm esc} < 2.8\, (6.4)$ %。通过结合H $α$光度密度与IGM发射率测量的吸收研究，我们发现一个全球平均的$\langle$ f $_{\rm esc}\rangle$的$5.9^{+14.5}_{-4.2}$ %在$z=2.2$，如果我们假设HAE是电离光子的唯一来源。我们发现在$z\approx3-5$处的全局$\langle$ f $_{\rm esc}\rangle$的类似低值，也排除了在$z<5$处的高$\langle$ f $_{\rm esc}\rangle$。这些低逃逸分数使我们能够测量$ξ_{ion}$，即每单位紫外光光度产生的电离光子数，并研究这如何取决于星系的性质。我们发现HAE的典型$ξ_{ion} \approx 10^{24.77\pm0.04}$ Hz erg $^{-1}$和LAE的典型$ξ_{ion} \approx 10^{25.14\pm0.09}$ Hz erg $^{-1}$。LAE和低质量HAE在$z=…
2016-11-15 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Low-Redshift Lyman Continuum Survey: The Roles of Stellar Feedback and ISM Geometry in LyC Escape
本研究通过堆叠89个z~0.3星系的HST/COS观测，揭示恒星反馈与ISM几何对LyC逃逸的作用，发现年轻恒星与机械反馈共同促成高逃逸率。
2024-09-18 astro-ph.CO astro-ph.GA
The ionizing properties of two bright Ly$α$ emitters in the BDF reionized bubble at z=7
我们研究了一对明亮的Ly $α$发射星系BDF 521和BDF 2195在z=7.012时的电离性质，以限制它们对BDF“再电离泡”形成的贡献。我们从深VLT-XSHOOTER观测中获得了对UV发射线（CIV $λ1548$双峰，HeII $λ1640$，OIII] $λ1660$双峰和CIII] $λ1909$双峰）的约束，并将其与其他高红移天体的约束进行了比较，并与混合恒星和活动星系核发射的模型进行了比较。我们使用此光谱信息与测光在现场使用分光光度拟合代码BEAGLE约束的两个对象的物理特性。我们在UV线的预期位置未检测到任何显著发射，EW $\lesssim$ 2-7 AA静止帧的3个$σ$上限。我们发现，这两个对象有较低的CIII]发射比预期的基础上的相关性Ly $α$和CIII] EWs。EW对CIV和HeII辐射的限制排除了$\sim2-3σ$显著性的纯活动星系核模板，只有具有$\lesssim$ 40%活动星系核贡献的模型与观测结果一致。这两个天体被发现相对年轻（$\sim$ 20-30百万年）和贫金属（$\lesssim 0.3 Z_{\odot}$），恒星质量为几个$10^9M_{\odot}$。它们的氢电离光子产生率为log（$ξ_{ion}^*$ /Hz erg $^{-1}$）=25.02-25.26，与高红移星系的典型值一致，但比具有强CIII]和/或光学…
2022-05-06 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
Project Lyman: Quantifying 11 Gyrs of Metagalactic Ionizing Background Evolution
再电离时期的时间和持续时间对宇宙结构的出现和演化至关重要。恒星形成星系、活动星系核和类星体在整个宇宙时间内对元星系电离背景的贡献中所起的相对作用仍然不确定。深层类星体计数提供了对它们作用的深入了解，但由于我们对电离辐射逃逸到星系际介质（IGM）的过程缺乏了解，恒星形成的潜在关键贡献是高度不确定的。从恒星形成星系逃逸的电离光子的比例是模型中使用的一个基本自由参数，用于“微调”发生在13.4和12.7 Gyrs前的再电离时期的时间和持续时间（红移在12 > z > 6之间）。然而，在红移z > 3时，直接观测到在静止坐标系\ion{H}{1}电离边以下发射的莱曼连续谱（LyC）光子越来越不可能，这是由于干扰莱曼极限系统向高z稳定增加。因此，UV和U波段光学带通为直接、近距离和深入观察有利于LyC逃逸的环境类型提供了唯一的希望。通过量化过去110亿年（z < 3）LyC逃逸与局部和全局参数之间关系的演变，我们可以提供关于LyC逃逸分数的确切信息，这对于回答宇宙是如何被电离的问题至关重要。在这里，我们提供了由“特征”（L_{uv} ^*）恒星形成星系发射的电离连续通量的估计，作为回望时间和逃逸分数的函数，发现在z = 1（7.6 Gyrs前），逃逸分数为1%的L_{uv} ^* 星系的通量为10^{-19}尔格cm^{-2} s^{-1} s ^{-1}。
2012-09-14 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
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
Steep Redshift Evolution of the Ionizing Escape Fraction at $z = 5$--$12$: Empirical Constraints and Comparison with Simulations
University of Oxford（牛津大学）；Shanghai Astronomical Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海天文台）
利用HST和JWST的UV光度函数、Planck光学深度等数据，通过三参数幂律模型约束电离光子逃逸分数 $f_{ m esc}(M_{ m h},z)$，发现其随红移陡峭上升，并与THESAN模拟对比验证。
2026-06-03 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 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
The Synchrony of Production & Escape: Half the Bright Ly$α$ Emitters at $z\approx2$ have Lyman Continuum Escape Fractions $\approx50\%$
恒星形成星系的电离光子逃逸分数（LyC $f_{\rm{esc}}$）是再电离预算中最大的未知数。随机视线效应禁止直接分离的LyC泄漏从非泄漏在显着的红移。在这里，我们规避这种不确定性推断$f_{\rm{esc}}$与解决（R>4000）LyA配置文件从X-SHOOTER LyA调查在z=2（XLS-z2）。我们从$>0.2 L^{*}$ LyA发射体（LAE）的代表性样本中选择泄漏物（$f_{\rm{esc}}>20$ %）和非泄漏物（$f_{\rm{esc}}<5$ %）。这些子集的中值堆叠光谱覆盖1000-8000 μ m（静止帧），我们调查的条件为LyC $f_{\rm{esc}}$。我们发现泄漏与非泄漏之间的以下差异：（i）强星云CIV和HeII发射与未检测到，（ii）O32~8.5与~3，（iii）Ha/Hb表明无尘埃与E（B-V）~0.3，（iv）MgII发射接近系统速度与红移，光学厚MgII，（v）LyA $f_{\rm{esc}}$ ~50%与~ 10%。当最硬电离光谱的短寿命恒星发光时，泄漏点（O3+Hb~1100 μ m）的极端EW将LyC逃逸的特征时间尺度限制在~3-10 Myr爆发。泄漏的定义特征-极端电离的恒星种群，低柱密度，无尘，高电离态ISM -同时发生在$f_{\rm{esc}}>20\%$堆栈中，这表明它们是因果联系的，并激发了为什么像O32这样…
2021-10-22 astro-ph.CO astro-ph.GA
(Re)Solving Reionization with Lyα: How Bright Lyα Emitters account for the $z\approx2-8$ Cosmic Ionizing Background
来自恒星形成星系的宇宙电离发射率长期以来一直被锚定到紫外光度函数。在这里，我们介绍了一个发射率框架的基础上LY $α$发射器（LAEs），这自然是在负责电离背景的星系的子集，由于生产和逃逸的LY $α$和LyC光子之间的密切联系。利用明亮LAEs逃逸分数的约束（$L_{\rm{Lyα}}>0.2 L^{*}$）在$z\approx2$从解决的Ly $α$配置文件获得，并认为他们的红移不变性，我们表明：（i）类星体和LAE一起在$z\approx2-6$处再现了相对平坦的发射率，这是不平凡的，因为在这些时期，恒星形成密度和类星体数量密度都有很强的演化，以及（ii）在合理的假设下，LAE在$z\approx6-9$之间产生延迟和快速的再电离。在此框架内，在$z\approx3-7$之间的UV总体平均$f_{\rm{esc}}$中的$>10\times$上升自然地由于驱动具有红移的Ly $α$发射体分数增长的相同现象而出现。一般来说，LAE占主导地位的发射率产生的电离预算与紫外光度的分布中的峰值，在最新的模拟报告。使用我们采用的参数（$f_{\rm{esc}}=50\%$，$ξ_{\rm{ion}}=10^{25.9}$ Hz erg $^{-1}$为一半的明亮LAEs），一个高度电离的少数星系与$M_{\rm UV}<-17$占整个电离预算从恒星形成的星系。这种罕见星系的LyC快速闪光…
2022-03-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
A Multiwavelength Study on the Fate of Ionizing Radiation in Local Starbursts
电离辐射的命运对于理解宇宙电离、星际和星系间介质中的能量收支以及恒星形成率指标至关重要。观测到的电离辐射逃逸分数低还没有得到充分的解释，有证据表明，一些恒星爆发具有高逃逸分数。我们检查的光谱能量分布的本地恒星形成星系的样本，包含13个本地星暴星系和10个他们的普通恒星形成对应物，以确定是否存在显着差异的电离辐射在这些星系的命运。我们发现，星系到星系的变化，在SED是远远大于任何系统之间的差异和非星爆。例如，我们发现，虽然星暴星系中的尘埃似乎比非星暴星系中的尘埃更热，但通过斯皮策太空望远镜的24 um、70 um和160 um MIPS波段追踪，尘埃对电离辐射的总吸收量没有显著差异。我们还观察到没有多余的紫外线通量的GALEX波段，可以表明在星爆星系的电离光子逃逸分数高。在星爆星系中，弥漫的温暖电离介质中的小H-α部分显然是由于恒星形成区域本身的H-α光度暂时增加，具有独立的恒定WIM光度。这种独立的WIM和星暴的光度对比WIM行为在非星暴星系，并强调我们的理解不足的辐射传输在普通和星暴星系。
2010-10-13 astro-ph.CO
Quantifying the escape of Ly$α$ at $z\approx 5-6$: a census of Ly$α$ escape fraction with H$α$ emitting galaxies spectroscopically confirmed by JWST and VLT/MUSE
本研究利用JWST和VLT/MUSE数据统计了红移z≈5-6处165个恒星形成星系的Lyα逃逸分数，揭示其与紫外斜率、尘埃消光的强关联，推断暗弱紫外星系是该时期宇宙电离光子的主要贡献者。
2024-04-18 astro-ph.CO astro-ph.GA
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
Stellar Populations of Lyman Alpha Emitters at z~6-7: Constraints on the Escape Fraction of Ionizing Photons from Galaxy Building Blocks
我们利用Subaru/Suprime-Cam、UKIRT/WFCAM和Spitzer/IRAC拍摄的深空图像，在Subaru/XMM-牛顿深空巡天（SXDS）视场的0.65 deg^2天区中，研究了z=5.7和6.6的莱曼α发射体（LAEs）的恒星星族。我们首次利用IRAC未探测到的165个（z=5.7）和91个（z=6.6）天体在每个红移点上的多波段叠加图像，获得了z~6-7个LAEs的典型光谱能量分布（SED）。堆积的LAE与具有相似Muv的HST/WFC 3 z-dropout星系一样具有蓝色的紫外连续谱，光谱斜率为β ~-3，但同时它们具有红色的紫外-光学色，在3.6 μ m波段被探测到。利用SED拟合我们发现，堆积的LAE具有~（3-10）*10^7 Msun的低恒星质量，非常年轻的年龄为~1- 300万年，可以忽略的尘埃消光，以及来自电离星际介质的强星云辐射，尽管z=6.6的天体与没有星云辐射的高质量模型拟合得同样好;包含星云发射再现了红色UV-光学颜色，同时保持UV颜色足够蓝。我们推断z~6-7处的典型LAEs是在较低红移处看到的星系的构建块。我们发现一个试探性的减少莱曼α逃逸分数从z=5.7至6.6，这可能意味着在星系际介质中性分数的增加。从星云发射所需的最小贡献来拟合观测到的SED，我们将电离光子的逃逸分数的上限设置为f_esc^ion在z=5.7时为~0.6，在…
2010-09-18 astro-ph.CO
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
Powering reionization: assessing the galaxy ionizing photon budget at $z < 10$
我们提出了一个新的分析电离发射率（$\dot{N}_{\rm{ion}}$，s $^{-1}$ Mpc $^{-3}$）的星系在再电离的时代和他们的潜力完成和维持再电离。我们使用广泛的SED模型-结合两个合理的机制莱曼连续光子逃逸-探索电离效率的范围和演变与星系颜色的新结果（$β$）在这个时代。我们估计$\dot{N}_{\rm{ion}}$的光度和恒星形成率密度在$z<10$的最新观测，概述了与我们的新模型一致的发射率历史的范围。鉴于越来越多的观测证据的紫外线的颜色，在高红移星系的星等关系，我们发现，任何合理的星系性质的演变，红色（较亮）的星系产生电离光子的效率较低比他们的蓝色（较暗）的同行。在$β$中红移和光度演化的假设导致了两个重要的结论。首先，星系的电离效率自然地随红移而增加。其次，对于一个光度依赖的电离效率，我们发现，星系下降到一个单独的$M_{\rm{UV}} \approx -15$静止帧的幅度可以产生足够数量的电离光子，以维持再电离早$z\sim8$的聚集因子为$C_{\rm{H {\small II}}} \leq 3$。
2015-05-07 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
The Origin and Optical Depth of Ionizing Radiation in the "Green Pea" Galaxies
虽然来自恒星形成星系的莱曼连续体（LyC）辐射可能驱动了宇宙的再电离，但在低红移的恒星形成星系的观测通常表明低LyC逃逸分数。然而，极端的[O III]/[O II]的z=0.1-0.3的绿豆星系的比例可能是由于高逃逸分数的电离辐射。为了分析这些罕见的，紧凑的恒星爆发的LyC光学深度和电离源，我们比较了星云光电离和恒星星族模型与豌豆的SDSS光谱中观察到的发射线。我们专注于六个最极端的绿豆，具有最高[O III]/[O II]比率的星系和逃避电离辐射的最佳候选人。极端Peas的Balmer谱线等效宽度和He I λ3819发射支持3- 500万年的年轻年龄，而5个极端Peas的He II λ4686发射则表明存在硬电离源。活动星系核或高质量X射线双星的电离与豌豆线比和年龄不一致。虽然堆叠光谱显示没有沃尔夫-拉叶（WR）功能，我们试探性地检测WR功能的SDSS光谱的三个极端豌豆。根据Peas的年龄和谱线比，我们发现WR星、化学均匀的O星或激波都可能产生观测到的He II辐射。如果热星是原因，豌豆的光学深度是模糊的。然而，占发射冲击降低了推断的光学深度，并建议豌豆可能是光学薄。豌豆的年龄可能优化了莱曼连续辐射的逃逸;他们足够老，超新星和恒星风重塑了星际介质，但足够年轻，拥有大量的紫外发光的O或WR星。
2013-01-03 astro-ph.CO
Beamed Lyman Alpha Emission through Outflow-Driven Cavities
我们调查的辐射转移的莱曼α光子通过简化的各向异性气体分布，这代表了流行的“壳模型”的物理动机的扩展。我们的研究是出于这样一个概念，即（i）壳模型并不总是重现观测到的莱曼α谱线轮廓，（ii）（典型）壳模型不允许电离光子逃逸，（iii）观察和期望风是更复杂的，各向异性的现象。我们研究了倾斜对莱曼α谱，相对通量和逃逸分数的影响。我们发现通量被增强/抑制的因素取决于模型的参数范围，对应于相同幅度的等效宽度的提升，如果我们忽略灰尘。一般来说，较低的平均光学深度往往会减少各向异性的影响，正如预期的那样。我们发现观察到的峰值之间的相关性-偶尔三重峰-频谱在系统速度和存在的低光学深度腔沿视线。这在寻找从高红移星系泄漏的电离光子时可能很重要，因为这些光子也将能够通过空腔逃逸。
2014-01-22 astro-ph.CO astro-ph.GA
