Statistical Techniques for Detecting the Intergalactic Magnetic Field from Large Samples of Extragalactic Faraday Rotation Data
河外射电源旋转测量网格已广泛应用于宇宙磁学研究。但是，它们在探索星系细丝中的星系际磁场（IGMF）方面的潜力还不清楚，因为其他法拉第旋转介质，如射电源本身、居间星系和我们银河系的星际介质都是重要的贡献者。我们研究的统计技术，用于区分法拉第旋转的灯丝从其他来源的法拉第旋转在未来的大规模调查的无线电极化。我们考虑一个30度乘以30度的视场朝向南银河系极点，而在目前和未来的观测中检测到的源的数量不同。我们选择位于高红移的源，并且没有观察到去偏振和光学吸收系统，以便减少来自源和居间星系的RM贡献。据发现，高通滤波器可以令人满意地减少来自银河系的RM的贡献，因为这个组件的角尺度对高银河系纬度将远远大于预期的IGMF。目前的观测还没有提供足够的源密度，以便能够估计细丝的RM。然而，从拟议的方法与即将进行的调查，我们预测显着的残差RM应归因于长丝。IGMF的预测结构下降到0.1度的规模应该是可观察的SKA的数据，如果我们实现的视线不包含干预星系和RM误差小于几个rad m-2的源的选择。
2014-06-17 astro-ph.CO
Bubble mapping with the Square Kilometer Array -- I. Detecting galaxies with Euclid, JWST, WFIRST and ELT within ionized bubbles in the intergalactic medium at z>6
平方公里阵列预计将提供红移z>6的中性星系际介质的第一次层析观测，并在宇宙再电离的早期阶段确定单个电离泡的位置。在恒星形成星系提供宇宙再电离所需的大部分电离光子的情况下，人们预计第一个电离泡将集中在这些星系的超密度上。在这里，我们模拟了SKA-1应该能够在z=7-10处解析的孤立电离气泡内星系群的特性，并利用各种即将到来的近红外望远镜探索了这种结构内星系计数的前景。我们发现，对于SKA-1断层扫描范围内的气泡，气泡体积与从星系内逃逸的电离光子的数量密切相关。在星系主导的再电离的情况下，星系预计会出现在JWST和ELT的光谱检测阈值以上，即使是最小的可分辨气泡在红移z=10或以下。本文还讨论了用Euclid、WFIRST、JWST或ELT进行纯测光巡天探测这些结构中星系的前景。虽然光谱学在再电离结束时是最好的，以提供一个强大的气泡成员样本，但多波段成像可能是z~10处气泡的一个有竞争力的选择，因为在类似的红移下，预期视线闯入者的数量非常少。
2020-02-16 astro-ph.CO astro-ph.GA
Prospects for detecting the 21cm forest from the diffuse intergalactic medium with LOFAR
本文讨论了用射电望远镜LOFAR探测弥散IGM中21 cm森林的可行性。利用再电离的模拟，包括电离光子的详细辐射转移，导出了21厘米谱线的光学深度。我们发现，具有相似的总同动氢电离发射率但频率分布不同的再电离模型的光谱看起来非常相似。因此，除非再电离历史彼此非常不同（例如，紫外线加热与X射线加热的优势），否则我们不希望通过对21厘米森林的观测来区分它们。由于强X射线背景的存在会使21厘米线吸收的检测变得不可能，因此吸收的缺乏可以用作X射线背景的存在/强度和宇宙热历史的探测器。沿着随机视线，LOFAR可以检测到来自z>12的光谱的全局抑制，此时IGM仍然大部分是中性和冷的，与在较低红移处可见的更明确的吸收特征形成对比。沿着优先视线，在z~7处也可以检测到与稀有的高密度气体袋相关联的尖锐的强吸收特征。
2012-10-04 astro-ph.CO
Detecting the cosmic web with radio surveys
我们研究的挑战，以探测宇宙网络在无线电波长与国家的最先进的宇宙学模拟河外磁场。新一代的低频无线电测量，如LOFAR、SKA-LOW和MWA，将有最好的机会探测到来自冲击宇宙网的大规模、低表面亮度的辐射。探测到的无线电发射将能够限制灯丝中气体的平均磁化水平和强冲击对电子的加速效率。在探测的情况下，通过统计建模（例如关联函数），将有可能区分大尺度结构磁化的竞争情景（即天体物理情景与原始情景），使无线电勘测成为宇宙磁生的重要探测。
2016-02-24 astro-ph.CO astro-ph.IM
The Baryon Census in a Multiphase Intergalactic Medium: 30% of the Baryons May Still Be Missing
对于低红移的宇宙学和星系形成速率来说，解释大爆炸中合成的所有重子是很重要的。尽管星系和星系团中含有10%的重子，但更多的重子存在于光电离的莱曼-α森林和T = 10^5 ~ 10^7 K的冲击加热的温热星系际介质（WHIM）中。WHIM在10^5至10^6 K的电流示踪剂包括O VI 1032、1038吸收线，以及宽莱曼α吸收体（BLA）和来自Ne VIII、O VII和O VIII的EUV/X射线吸收线。我们改进了O VI重子调查与修正的氧金属性（Z/Zsun）和O VI电离分数（f_OVI）使用宇宙学模拟的加热，冷却和金属输运的密度-温度结构的介质。从统计学上讲，它们的乘积与柱密度相关，（Z/Zsun）（f_OVI）=（0.015）（N_OVI/10^{14} cm^-2）^0.70。N_OVI加权平均值为0.01，这是WHIM重子含量先前估计的两倍。我们还重新分析了H I数据从哈勃太空望远镜，应用红移校正吸收体密度，光致电离背景，和适当的长度，dl/dz。我们发现大量的重子分数在光电离Lya森林（28 +/- 11%），O VI/BLA-traced WHIM（25 +/- 8%），和崩溃阶段（18 +/- 4%）在星系，集团，集群，和环星系气体。重子短缺为29 +/-13%，这可以在来自较热WHIM的X射线吸收体或较弱的Lya和O VI吸收体中检测到。进一步的进展将需要使用…
2012-05-14 astro-ph.CO
Partially Cooled Shocks: Detectable Precursors in the Warm/Hot Intergalactic Medium
我目前的计算中产生的综合柱密度在冲击后冷却层和部分冷却的快速冲击的辐射前兆作为一个功能的冲击年龄。这些结果适用于激波加热的暖/热星系际介质（WHIM），它被认为是一个主要的重子库，并包含了很大一部分所谓的“失踪重子”。我的计算表明，容易观察到的中高离子，如CIV，NV，和OVI的年轻冲击的前体中创建的数量，其中冲击气体仍然是热的，难以观察。我认为，这种前兆可能提供一种方法，以确定和估计“失踪”的重子质量与冲击。这里预测的吸收线签名可用于构建离子比图，这将作为诊断的前体中的光电离气体。在我的数值模型中，激波结构、自辐射和相关金属离子柱密度的时间演化由一系列准静态模型计算，每个模型适合于不同的激波年龄。在这项工作中使用的冲击代码计算的非平衡电离和冷却，以下的辐射转移的冲击自辐射通过后冲击冷却层，考虑到由此产生的光电离和加热速率，以下的冷却气体的动力学，并自洽计算的光电离状态的前体气体。我提出了一套完整的年龄依赖的后冲击和前体列的所有电离状态的元素H，He，C，N，O，Ne，Mg，Si，S和Fe，作为功能的冲击速度，气体金属丰度，和磁场。我在方便的在线表格中展示了我的数值结果。
2010-11-29 astro-ph.CO astro-ph.GA
Detecting the Rise and Fall of the First Stars by Their Impact on Cosmic Reionization
星系际介质在红移z~6之前被再电离，很可能是早期星系逃逸的星光所致。最早的恒星是在氢分子（H2）冷却最小星系内部的气体时形成的，这些星系的质量在10^5到10^8太阳质量之间。虽然最早的恒星在红移z~40之前就开始在这些小晕内形成，但迄今为止，它们的贡献在这种宇宙再电离的大规模模拟中被忽略了。在这里，我们报告的结果，从第一次再电离模拟，包括这些第一批恒星和辐射反馈，限制了他们的形成，在一个体积足够大，以遵循关键的空间变化，影响的过程及其可观测性。我们发现，虽然minihalo星停止远未完全电离宇宙，再电离开始早得多的minihalo源比没有，并大大延长，这提高了星系际电子散射光学厚度和大角度偏振波动的宇宙微波背景显着。虽然在目前WMAP的不确定性范围内，这种助推应该很容易被普朗克探测到。如果再电离在z_ov<~7时结束，正如其他观测所表明的那样，普朗克将因此看到第一批恒星的高红移信号，目前其他探测器无法检测到。
2012-08-02 astro-ph.CO
Cosmic metal invaders: Intergalactic OVII as a tracer of the warm-hot intergalactic medium within cosmic filaments in the EAGLE simulation
目前对热（log T（K）> 5.5）的温热星系际介质（WHIM）的观测状况还不完全。虽然最近通过堆叠大量宇宙网细丝进行的观测已经产生了统计学意义上的探测结果，但对单个物体的直接测量仍然很少。由于缺乏这样的样本，目前无法对由热WHIM组成的宇宙重子内容进行强有力的分析，这可能有助于解决宇宙学上的重子缺失问题。为了改进对失踪重子的搜索，我们使用了EAGLE模拟。我们的目标是了解宇宙网络中高度电离金属的富集和分布。我们检测到的细丝，通过应用Bisous形式主义的模拟星系，其特征在于空间分布以及质量和体积分数的辅助氧和OVII。然后，我们构建了OVII柱密度图，并用Athena X-IFU确定其可检测性。然而，氧气和OVII数密度下降迅速超过维里半径的晕，低于可检测的水平在700千秒差距。因此，只有约1%的长丝体积以可检测的密度填充有OVII。OVII的这种非均匀分布使其用于追踪丢失的重子变得复杂。相反，OVII在光环周围形成狭窄的信封。这种局部性质导致在SDSS灯丝目录中使用Athena X-IFU检测星系际OVII的机会很低（每视线10-20%）。对于来自4 MOST调查的未来长丝样品，机会增加到约50%的水平。尽管如此，根据EAGLE的结果，这不足以最终解决重子缺失的问题，因为它将被限制在晕维里半径的几倍。幸运的是，在热WHIM中，晕周围的体积是密集的，追踪它可以将仍然缺失的重子的…
2023-01-18 astro-ph.CO
Future Detections of the Warm-Hot Intergalactic Medium using Bright Power Law Sources with NewAthena
University College Dublin（都柏林大学学院）；Universität Erlangen-Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡大学）；Leiden University（莱顿大学）；Université de Toulouse（图卢兹大学）
通过模拟X射线积分场单元（X-IFU）探测O VII吸收线，研究NewAthena探测温热星系际介质（WHIM）的能力，并评估不同观测条件下探测显著性所需的计数要求。
2026-06-18 astro-ph.CO astro-ph.IM
Redshift estimates for fast radio bursts and implications on intergalactic magnetic fields
背景：快速射电暴是来自银河系外致密恒星源的瞬时射电脉冲。随着新望远镜每天探测到多个事件，需要统计方法来解释观测结果，并就天体物理学和宇宙学问题作出推论。目的：我们提出了一种使用快速射电暴可观测值的概率估计来获得基础模型的似然估计的方法。方法：考虑模型的所有区域沿视线，包括居间星系，我们执行蒙特卡罗模拟估计的色散措施，旋转措施和时间展宽的分布。使用贝叶斯统计，我们比较这些预测观测的快速射电暴。结果：应用贝叶斯定理，得到了河外DM $\gtrsim 400$ pc cm $^{-3}$的快速射电暴红移的下限。我们发现，干预星系不能占所有高度分散的快速射电暴在FRBcat，因此需要一个更密集和更动荡的环境比SGR 1935+2154类磁星。我们表明，$\gtrsim 10^3$非定域快速射电暴与相关的河外RM $\geq 1$拉德$^{-2}$的样本可以提高星系际磁场的强度的电流上限。
2020-08-20 astro-ph.CO astro-ph.HE
The Surprisingly Constant Strength of O VI Absorbers over Cosmic Time
O-VI吸收在广泛的天体物理环境中被观察到，包括本地ISM，银河系的盘和晕，高速云，麦哲伦云，星暴星系，星系际介质，阻尼莱曼α系统和伽马射线暴宿主星系。这里提出了一个新的汇编775 O VI吸收剂从文献中得出，所有观察到的高分辨率（仪器FWHM<20公里/秒），覆盖红移范围z=0-3。在银河系环境中[log N（H I）>20]，平均O VI柱密度对金属丰度不敏感，对于覆盖范围为-1.6<[O/H]<0的星系，取log N（O VI）~14.5。在星系际环境[log N（H I）<17]中，在具有类似灵敏度的数据集中测量的O VI分量柱密度平均值在z=0.2和z=2.3之间仅显示出微弱的演化，但IGM O VI分量在z=0.2处的平均宽度几乎是z=2.3处的两倍。银河系O VI吸收体log N（O VI）特征值的存在，以及星系间吸收体log N（O VI）的缺乏演化，支持了Heckman等人（2002）的“冷却流”模型，其中所有O VI吸收体都是在初始热冲击加热的等离子体区域中产生的，这些等离子体通过日冕温度辐射冷却。这些区域可以有几种形式，包括热（~10^4 K）云和热（~10^6 K）等离子体之间的传导、湍流或激波边界层，尽管许多这样的区域必须被典型的星系晕视线所包围，才能形成特征性的星系N（O VI）。另一种，广泛使用的模型的单相光电离星系际O VI被排除在大多数IGM O …
2011-01-25 astro-ph.CO astro-ph.GA
Lensing and the Warm Hot Intergalactic Medium
弱透镜和宇宙微波各向异性（CMB）数据的相关性跟踪的压力分布的热，电离气体和底层的物质密度场。测量的相关性主要是由居住在晕重子。通过测量掩蔽所有已知晕后的残余互相关来检测来自未结合气体的贡献需要对这种相关性及其与模型参数的依赖性有理论上的理解。我们的模型假设气体在细丝是很好地描述了一个对数正态概率分布函数，与温度$10^{5-7}$ K和超密度$ξ\le 100$。透镜-康普顿化互相关主要由密度在$ξ\approx[3-33]$范围内的气体决定;信号产生于红移$z\le 1$。如果测得的互相关只有10%是由于未结合气体，那么最近的测量将银河系间介质平均温度的上限定为$\bar{T}_e\lesssim 10^6$ K。振幅与储存在丝中的重子分数成正比。透镜-康普顿化功率谱的峰值与晕圈中的气体不同，这使得区分两者的贡献成为可能。为了在宇宙学尺度上追踪低密度和低温等离子体的分布，必须从数据中减去晕的影响，这需要比目前可用的更大的信噪比的观测。
2017-07-12 astro-ph.CO
Bow Ties in the Sky II: Searching for Gamma-ray Halos in the Fermi Sky Using Anisotropy
预计在河外高能伽马射线源周围会有许多度尺度的伽马射线晕。这是由大于100 GeV的伽马射线在河外背景光中湮灭而产生的相对论性电子/正电子对的星系际群体的逆康普顿发射引起的。这些是典型的各向异性，由于喷射结构，他们起源或星系际磁场的存在。在这里，我们提出了一种新的方法来检测这些反康普顿伽马射线晕的基础上，这种各向异性的结构。具体而言，我们表明，通过堆叠适当定义的角功率谱，而不是图像，它是可能的强大检测伽马射线晕与现有的费米大面积望远镜（LAT）的观测广泛的类星系际磁场。重要的是，这些在很大程度上是不敏感的LAT仪器响应内的系统不确定性或与污染天文源。
2017-02-08 astro-ph.CO astro-ph.HE
Detecting ionized bubbles around luminous sources during the reionization era using HI 21-cm signal
本文探讨了利用uGMRT和SKA1-Low的红移21厘米观测，通过匹配滤波技术探测再电离时期明亮源周围的电离气泡，并验证了其对气泡半径和中性氢分数的测量与约束能力。
2024-12-23 astro-ph.CO
The contribution of the Warm-Hot Intergalactic Medium to the CMB anisotropies via the Sunyaev-Zeldovich effect
宇宙流体动力学模拟预测，所有重子中有很大一部分处于温度在$10^{5}-10^{7}$ K范围内的轻度非线性结构中。由于气体是高度电离的，它可以通过宇宙微波背景辐射产生的温度各向异性来探测。我们完善我们以前的热Sunyaev-Zeldovich效应的估计，通过引入一个非多方的状态方程来模拟来自不同流体动力学模拟的温度-密度相图的冲击加热气体的温度分布。根据具体模型，康普顿化参数在$10^{-7}\le y_c \le 2\times 10^{-6}$范围内变化，与FIRAS上限兼容。这个幅度与一个简单的玩具模型一致，该模型用于估计电离气体细丝引起的平均效应。利用对数正态概率密度函数计算了WHIM灯丝产生的温度各向异性的关联函数和功率谱。对于宽范围的参数空间，辐射功率谱的最大幅度是在$\ell \approx 200-500$处的$(\ell+1)\ell C_{\ell}/2π=0.7-70(μK)^2$。该振幅与重子密度、哈勃常数和物质功率谱$σ_8$的振幅成比例，如$[(\ell+1)\ell C_\ell]_{\mathrm{max}}/2π\propto σ_8^{2.6}(Ω_b h)^2$。由于热Sunyaev-Zeldovich效应具有特定的频率依赖性，我们分析了用即将到来的普朗克数据检测该分量的可能性。
2013-01-28 astro-ph.CO
Intergalactic Magnetic Field constraints from detected very high-energy Gamma-Ray Bursts using the Cherenkov Telescope Array Observatory
Université Paris-Saclay, Université Paris Cité, CEA, CNRS, AIM（巴黎萨克雷大学、巴黎西岱大学、法国原子能与替代能源委员会、法国国家科学研究中心、天体物理学与仪器研究所）
本文通过模拟CTAO观测数据，利用光谱-时间拟合方法，研究CTAO在完全部署后对星际磁场强度的约束，显示其可探测至10^-15 G量级，并基于GRB 221009A观测支持3×10^-17 G的磁场强度。
2026-04-28 astro-ph.CO astro-ph.HE
Detecting the 21 cm Forest in the 21 cm Power Spectrum
我们描述了一种新的技术，通过测量21厘米的光谱吸收功能（21厘米的森林）的21厘米的功率谱的印记，用于限制在高红移的活动星系核的射电大声人口。使用半数值模拟的星系际介质和半经验源人口，我们表明，21厘米的森林占主导地位的$k$空间，$k \gtrsim 0.5 \text{Mpc}^{-1}$的一个独特的区域。通过模拟当前和潜在射电阵列的前景和噪声，我们发现，下一代收集面积为$\sim 0.1\text{km}^2$量级的仪器（如氢时代再电离阵列）可以分别约束大空间尺度下的X射线加热历史和小空间尺度下我们研究的模型的射电大声活动星系核。我们外推我们的可探测性预测一个单一的无线电响亮的活动星系核人口任意源的情况下，通过分析相关的21厘米森林功率谱的光学深度功率谱和积分的无线电光度函数。
2014-06-02 astro-ph.CO
Scatter broadening of compact radio sources by the ionized intergalactic medium: Prospects for detection with Space VLBI and the SKA
我们调查的可行性检测和探测电离星系际介质（IGM）的各种成分和它们的湍流特性在无线电频率通过观测紧凑的源的散射加宽。有充分的理由进行有针对性的观测，以解决与前景星系晕和丰富星系团相交的紧凑背景源的散射增宽（其中角大小按$\sim ν^{-2}$缩放），以探测这些物体中电离气体的湍流，特别是使用基线为350，000公里、频率低于800 MHz的空间VLBI。平方公里阵列（SKA）的灵敏度允许对$\sim 100 \,μ$ Jy源的星际闪烁（ISS）进行多频调查，以检测IGM散射展宽到$\sim 1\, μ$，或对其施加非常强的约束，如5 GHz的尺度。即使使用空间VLBI或国际空间站，即使湍流的外尺度具有不太可能的低$\sim 1$ kpc值，也无法检测到具有典型$\sim 30$超密度的IGM的温热分量中的散射增宽。尽管如此，对于外尺度$\sim 1$ kpc，星系间散射展宽可以是1 GHz的$\sim 100\, μ$和5 GHz的$\sim 3\, μ$，假设源红移足够高，大多数视线在至少一个星系晕的维里半径内相交（$10^{10} {\rm M}_\odot$和$10^{11} {\rm M}_\odot$系统的$z \gtrsim 0.5$和$z \gtrsim 1.4$，遵循McQuinn（2014））。利用SKA进行的空间VLBI和多波长国际空间站观测都可以很容易地检验…
2014-10-28 astro-ph.CO astro-ph.HE
Absorption studies of the most diffuse gas in the Large Scale Structure
随着宇宙的演化，它形成了一个物质结构的网络。这个宇宙网充满了气体，最弥散的气体位于星系际区域。在低红移时，气体主要是温暖的，它最好的示踪剂之一是X射线吸收背景类星体的视线。在这一章中，我们介绍了温暖-热星系际介质（WHIM）形成的理论背景，并从宇宙学流体动力学模拟中介绍了WHIM的物理性质。我们讨论了用X射线吸收线探测WHIM的可行性，具有高分辨率和高信噪比的光谱。我们提出了详细的讨论的观测技术，包括WHIM电离平衡，可观察的线，生长曲线，和诊断使用的X射线线。我们目前的努力，检测WHIM与光栅上的钱德拉和XMM-牛顿天文台。我们讨论了文献中报道的WHIM检测的临界性，其中强大的检测可能来自介入星系的环星系介质，或组内介质，而不是真正的星系际介质中的扩散气体。在低红移的大尺度结构中，对最弥散的气体的安全探测可能要等到下一代X射线望远镜。本章最后将讨论未来携带色散和非色散光谱仪的任务。我们提出了线可探测性以及WHIM系统的数量，可以检测到未来的任务的优值参数。这些将定义我们解释失踪的低红移重子的能力，并理解宇宙在其生命的一半以上的演化。
2022-03-29 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Cosmological Impact of Luminous TeV Blazars II: Rewriting the Thermal History of the Intergalactic Medium
宇宙对河外极高能伽马射线（VHEGRs，E>100 GeV）是不透明的，因为它们在河外背景光上湮灭并成对产生。由此产生的超相对论对被假定为通过CMB光子的逆康普顿散射而损失能量。在Broderick等人（2011年，这三篇论文系列的第一篇）中，我们认为超相对论对束中强大的等离子体不稳定性会局部耗散TeV产生的对的动能，加热星系际介质（IGM）。在这里，我们探讨这种加热后的IGM的热历史的影响。我们整理所观察到的河外VHEGR源，以确定一个本地VHEGR加热率和纠正的VHEGR观测使用费米观测的高和中间峰值BL湖的指向性。由于本地河外VHEGR流量占主导地位的TeV耀变体，我们绑TeV耀变体的光度密度的类星体的光度密度，并产生一个VHEGR加热率作为红移的函数。这种加热在z<~4时是相对均匀的，在较高的红移处（z~6处的阶数单位），空间变化增加。这种新的加热过程在低红移处占主导地位，TeV耀变体加热的加入定性和定量地改变了IGM的结构和历史。TeV耀变体产生均匀的体积加热率，足以使平均密度IGM的温度增加近一个数量级，并且在低密度时增加更多，自然产生由Ly-alpha森林的观测推断的倒置状态方程，这一特征难以与标准再电离模型相协调。最后，我们结束了讨论的可能性，检测这种热的低密度IGM，但发现这种测量是目前不可行的。（节略）
2012-05-09 astro-ph.CO astro-ph.HE
Detecting Helium Reionization with Fast Radio Bursts
快速射电暴（FRB）探测宇宙中沿传播路径的电子密度，使得高红移FRB对氦再电离时期敏感。我们分析的信号噪声与检测的幅度的再电离，它的红移，为未来FRB调查样本的各种情况下，评估调查的特点，包括总数，红移分布，峰值红移，红移深度，和数量以上的再电离红移，以及依赖于再电离红移。我们考虑到分散的色散措施，由于一个不均匀的星系际介质（IGM）和不确定性的FRB主机和环境的色散措施，以及宇宙学。对于未来的调查与500 FRB延伸到$z=5$，突然再电离，氦再电离的检测可以接近$5σ$水平和再电离红移被确定为$σ(z_r)\approx0.24$在一个乐观的情况下，或$2σ$和$σ(z_r)\approx0.34$考虑进一步的不确定性IGM分数演变和红移的不确定性。
2020-05-15 astro-ph.CO astro-ph.HE
Detecting Cosmic Reionization using Bi-Spectrum Phase
利用$z\gtrsim 6$星系际介质的21厘米谱线探测中性氢（H_i，{ PDMATHABMM_i}），是研究宇宙再电离（宇宙的一个主要相变）的最有希望的探测方法之一。然而，这些研究面临着来自宇宙物体的明亮前景发射的严峻挑战。目前的技术需要精确的仪器校准以将弱的H 1，{ \sc 1}线信号与前景连续发射分离。我们建议通过使用干涉双谱相位的测量来减轻这种校准要求。双谱相位不受基于天线的方向无关校准误差的影响，因此对于紧凑阵列，它仅取决于天空亮度分布（受通常的热噪声影响）。我们表明，前景同步辐射连续谱的双谱相位具有相对于宇宙学线信号的特征平滑谱。利用傅立叶技术利用这种光谱差异可以有效地分离这两者，同时消除了现有方法固有的对仪器和电离层引入的相位进行精确的基于天线的校准的需要。使用基准模型的连续前景，和宇宙学H\，{ \sc i}信号，我们表明后者应该是可检测的双谱相位谱，在$|k_\parallel| \gtrsim 0.5\,h$ ~Mpc $^{-1}$，使用现有的仪器具有合理的意义。我们的方法也将有利于其他H\，{ \sc i}强度映射实验，面临类似的挑战，如那些测量重子声学振荡（BAO）。
2018-05-02 astro-ph.CO
Reionization and Beyond: detecting the peaks of the cosmological 21cm signal
宇宙学21厘米信号将成为早期宇宙最强大的探测器，第一代干涉仪旨在对再电离进行统计检测。当星系际介质被早期的X射线背景加热时，人们对再电离前时期的兴趣也越来越大。在这里，我们进行参数研究不同的晕质量托管星系，和他们的X射线生产效率。我们也将这些与热暗物质宇宙学的流行模型联系起来。对于每个参数组合，我们计算大尺度的信噪比（S/N）（k~0.1/Mpc）21 cm功率，用于再电离和X射线加热，使用几种仪器进行2000小时观测：128瓦Murchison宽场阵列（MWA 128 T），256瓦扩展（MWA 256 T），低频阵列（LOFAR），128元探测再电离时代精密阵列（PAPER）和第二代平方公里阵列（SKA）。我们表明，X射线加热和再电离在许多情况下是可比的可探测性。对于基准天体物理参数，MWA 128 T可能会探测到X射线加热，这要归功于其扩展的带通。当涉及到再电离时，MWA 128 T和PAPER也只能实现边缘检测，除非可以减轻更大规模的前景。另一方面，LOFAR应该检测到S/N > 10的再电离的合理模型。SKA将很容易地探测到X射线加热和再电离。
2014-04-05 astro-ph.CO
Synchrotron radiation from ultra-high energy protons and the Fermi observations of GRB 080916C
费米伽玛射线望远镜数据GRB 080916 C与~ 1 e55 erg的表观各向同性伽玛射线能量，显示了几秒之间的延迟上升的100 MeV-GeV的辐射相比，keV-MeV的辐射。在这里，我们表明，同步辐射从宇宙射线质子加速伽玛暴，延迟质子同步冷却时标在射流的磁主导的冲击等离子体运动在高度相对论速度与散装洛伦兹因子伽玛~ 500，可以解释这一结果。来自衰减质子同步辐射的第二代电子同步加速器组件使增强的软X射线到MeV伽马射线发射。长GRB窄，高能喷流加速粒子到超高能量可以解释俄歇观测UHE宇宙射线的来源在100 Mpc的纳米高斯星系间磁场。质子同步加速器模型中的总能量需求与γ ^（16/3）成正比。GRB 080916 C的这个模型只有在Gamma ~< 500且喷流开度角~ 1度时才是合理的。
2010-09-02 astro-ph.CO astro-ph.HE
Extragalactic Background Light: Inventory of light throughout the cosmic history
河外背景光（EBL）代表天空的平均表面亮度，就像我们从银河系以外的星系际空间的代表性有利位置看到的那样。在整个4 π立体角上平均，它代表了整个宇宙历史中所有发光物质辐射的集体光。EBL的一部分被分解成星系，随着巨型望远镜和灵敏探测器的探测能力不断提高，它们被看到越来越深的极限星等。现在已知这一已解决的部分构成了EBL的实质性部分，甚至是主要部分。然而，仍然存在的挑战是，要找出在多大程度上星系太暗或太分散而无法单独识别，单个恒星或星系外气体的发射，或者更推测地说，一些迄今未知的光源，如衰变的基本粒子，正在解释剩余的EBL。我们回顾了EBL测量的最新进展。目前的光度测量结果表明，除了已分辨的星系外，还有一个无法用弥散星系晕或星系际恒星来解释的EBL成分。
2019-05-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
Efficient cold outflows driven by cosmic rays in high redshift galaxies and their global effects on the IGM
我们提出了半解析模型的星系外流在高红移星系驱动的热气体和非热宇宙射线。在低质量星系（即$M\sim 10^8$ ~M $_\odot$）中，当超新星（SNe）反馈具有大质量负载时，单独的热压力可能无法维持大规模的外流。我们表明，包括宇宙射线压力允许流出的解决方案，即使在这些星系。在大质量星系中，对于相同的能量效率，与纯热驱动风相比，宇宙射线驱动风可以传播到更远的距离。平均而言，宇宙射线驱动的风中的气体温度较低，这有助于通过背景源光谱中的吸收线进行检测。利用我们的星系形成的约束半解析模型（解释了观测到的星系紫外光度函数），我们研究了宇宙线驱动风对不同红移星系际介质（IGM）性质的影响。特别是，我们研究的体积填充因子，平均金属丰度，宇宙射线和磁场能量密度的模型调用原子冷却和分子冷却晕。我们发现，在IGM的宇宙射线可以有足够的能量，可以转移到热气体存在的磁场，影响星系际介质的热历史。IGM磁场的显著体积填充和由此产生的强度也可以解释最近对耀变体的$γ$射线观测。
2018-01-31 astro-ph.CO astro-ph.GA
Prospects of detecting soft X-ray emission from typical WHIM filaments around massive clusters and the Coma cluster soft excess
本文利用Magneticum模拟研究大质量星系团周围WHIM纤维的软X射线辐射特性，提出(0.5-1)×r_ta环带为最佳探测区域，并通过光谱建模评估未来高分辨率X射线任务的探测可行性，同时给出后发座星系团的观测上限。
2023-05-12 astro-ph.CO astro-ph.HE
Statistical Detection of IGM Structures during Cosmic Reionization using Absorption of the Redshifted 21 cm line by HI against Compact Background Radio Sources
在宇宙再电离过程中，通过吸收（21厘米森林）对背景辐射探测星系际介质（IGM）中的中性氢结构被认为是独立的和补充的三维层析成像和功率谱技术。这种吸收的直接检测需要在高红移（$z\gtrsim 8$）下非常明亮（$\gtrsim 10$ ~ 100 mJ y）的背景源，这显然是罕见的;非常长的积分时间;或者非常高灵敏度的仪器。这激发了沿着狭窄的视线但具有较暗背景物体（$\sim 1$ -10 mJy）的统计一维（1D）功率谱方法，这些背景物体在高红移下可能更丰富和重要。1D功率谱降低了宇宙方差，提高了灵敏度，特别是在小空间尺度上。使用标准的辐射转移和基准模型的仪器，背景源，在宇宙再电离过程中的IGM结构的演变，沿选定的窄方向的一维功率谱的潜力进行了研究，对热噪声和彩色合成点扩散函数（PSF）响应的不确定性。高红移背景源的数量，望远镜的灵敏度，和PSF质量的最低要求估计的范围内的仪器，背景源，和再电离模型参数。在较高的红移下，一维功率谱本质上更强。一个$\sim 1000$ hr的观测活动，目标是$\sim 100$狭窄的视线，以无线电微弱，高红移背景对象与现代射电望远镜，特别是平方公里阵列，可以检测的一维功率谱的空间尺度和红移的范围，并可能区分宇宙再电离的模型。
2020-08-07 astro-ph.CO astro-ph.IM
Shock-Enhanced C+ Emission and the Detection of H2O from Stephan's Quintet's Group-Wide Shock using Herschel
我们首次用赫歇尔光谱探测到了[OI]63和[CII]158微米的精细结构跃迁，以及斯蒂芬五重奏中35 x 15 kpc^2的受激星系际暗条中的一条para-H2O谱线。这条暗条被认为是当一个高速入侵者与星团内气体碰撞时形成的。PACS光谱仪的观测提供了宽（> 1000 km s^-1）的发光[CII]谱线轮廓以及较暗的[OI] 63微米发射的证据。SPIRE FTS观测揭示了细丝中几个位置的p-H2O（111-000）跃迁的水发射，但没有其他分子线。H2O谱线很窄，可能与密度较大的中速气体经历最强的冲击加热有关。[CII]/PAH（tot）和[CII]/FIR比率太大，无法通过PDR中的正常光电加热来解释。也可以排除HII区激发或X射线/宇宙射线加热。观测结果得出的结论是，大部分分子气体是扩散和温暖的。我们建议，[CII]，[OI]和暖H2线的发射是由一个湍流级联，其中的动能从星系碰撞与IGM耗散到小尺度和低速度，通过冲击和湍流涡旋。低速磁震可以帮助解释[CII]/[OI]比值和观察到的相对较高的[CII]/H2比值。发现[CII]发射可以增强，在大规模的湍流区域的碰撞环境中的影响的解释[CII]发射在高z星系。
2013-09-06 astro-ph.CO astro-ph.GA
FIGARO Simulation: FIlaments & GAlactic RadiO Simulation
我们产生了第一个低到中频无线电模拟，结合了传统的河外射电源以及同步加速器宇宙网发射。FIlaments \& GAlactic Radio（FIGARO）模拟包括10个独特的\SI{4x4}{\degree}场，包括活动星系核（AGN）、恒星形成星系（SFG）和同步加速器宇宙网发射，红移为$z = 0.8$，频率范围为100-1400 MHz。为此，模拟将最近的$100^3$ Mpc $^3$磁流体动力学模拟（Vazza等人，2019年），校准以匹配观测到的无线电遗迹人口统计数据，以及用于模拟河外射电源的更新的“T-RECS”代码（Bonaldi等人，2019年）。独特的是，活动星系核和SFG的填充和定位根据宇宙学模拟的基本物质密度。通过这种方式，模拟提供了对宇宙网的表观形态，角度尺度和亮度的准确理解，以及-至关重要的-宇宙网相对于嵌入的河外射电种群的聚类特性。我们发现，同步加速器宇宙网并没有密切跟踪宇宙网的基本质量分布，而是由周围的暗物质晕的发射冲击壳为主，类似于一个大的，未被发现的人口的无线电遗迹。我们还表明，与准确的内核，宇宙网络无线电发射是清楚地检测到的互相关技术，这个信号是可分离的嵌入河外射电人口。我们提供的模拟作为一个公共资源，对技术的发展，用于检测和测量同步加速器宇宙网。
2021-06-15 astro-ph.CO
Increase in the Brightness of the Cosmic Radio Background toward Galaxy Clusters
本文研究星系团热气体电子对宇宙射电背景的康普顿散射，计算不同频率的畸变谱并指出最优观测频段、目标星系团及混合源形态。
2024-08-03 astro-ph.CO astro-ph.HE
Prospects of a statistical detection of the 21-cm forest and its potential to constrain the thermal state of the neutral IGM during reionization
本研究通过半数值模拟前向建模21厘米森林信号，结合现有及未来射电望远镜特性，分析z=6处该信号的统计探测前景及零探测对IGM热与电离状态的限制能力。
2025-01-17 astro-ph.CO
Lyman-alpha Emission From Cosmic Structure I: Fluorescence
我们提出了预测的荧光莱曼-α发射签名所产生的光电离，光学厚的结构在光滑粒子流体动力学（SPH）宇宙学模拟的Lambda-CDM宇宙使用蒙特卡罗莱曼-α辐射转移代码。我们计算了预期的莱曼α图像和二维光谱的气体暴露于均匀的紫外电离背景，以及气体暴露另外的光电离辐射从本地类星体，校正后的氢的自屏蔽。作为我们的数值方法的测试和应用到当前的观测，我们检查简化的分析结构，均匀或各向异性照明。我们将这些结果与最近的观察结果进行了比较。我们讨论了未来的大型望远镜观测活动和现实的战略，用于检测荧光由于环境的元星系电离和明亮的类星体附近的地区。虽然用目前这一代的望远镜要花上几百个小时才能探测到由紫外线背景（UVB）单独产生的荧光，但我们的计算表明，在明亮的类星体周围10弧分^[2]的视场中暴露10小时后，应该可以探测到10个数量级的类星体诱导的荧光莱曼α发射源。这些观测将有助于探索星系际介质致密区的物理条件以及类星体辐射的时间光变曲线和各向同性。
2009-07-04 astro-ph.CO
An HST/COS Search for Warm-Hot Baryons in the Mrk421 Sightline
热增宽的Lya吸收剂（BLA）提供了使用高度离子化的金属吸收剂（OVI、OVII等）的替代方法。探测温热的星系际介质（WHIM，T=10^5-10^7 K）。到目前为止，通过BLA进行的WHIM调查并不比通过远紫外和X射线金属离子探针进行的调查更模糊。探测这些微弱的、广泛的特征需要具有良好特征的远紫外连续谱的背景源和非常高质量的数据。然而，最近的HST/COS观测z=0.03 blazar Mrk 421使我们能够以前所未有的精度对WHIM气体进行独立于金属的搜索。数据具有高信噪比（S/N~50/~20 km/s分辨率元素），平滑的幂律blazar光谱允许全参数连续模型。我们分析了BLA吸收器的Mrk 421视线，特别是Nicastro等人（2005 a，b）基于Chandra/LETG观测报告的建议的OVII WHIM系统的对应物。我们推导出了由X射线观测预测的Lya剖面。COS数据的信噪比很高（S/N~25/像素），但通过将数据合并到预期BLA轮廓的宽度特征，可以获得更高的S/N。利用这种技术，我们在Mrk 421瞄准线上对WHIM气体在很大的（N_H，T）参数范围内是敏感的。我们排除了Nicastro等人声称的OVII检测在其标称温度（T~1-2x10^6 K）和金属丰度（Z=0.1 Z_sun）>2 sigma水平。然而，WHIM气体在更高的温度和/或更高的金属丰度是符合我…
2011-08-02 astro-ph.CO
Prospects for Observing the low-density Cosmic Web in Lyman-alpha Emission
用Lyman- $α$辐射绘制星系际介质（IGM）图将获得关于重子大尺度分布的前所未有的层析成像信息，并可能对紫外背景和与星系形成相关的各种反馈过程提供新的约束。在这里，我们使用宇宙学流体动力学模拟检查莱曼- $α$发射的IGM由于碰撞激发和重组的存在下的紫外背景。我们专注于大尺度结构的细丝中的气体，其中莱曼- $α$辐射转移效应预计是温和的。在低密度的发射主要是由于荧光再发射的电离UV背景由于重组，而碰撞激发占主导地位，在较高的密度。我们讨论了当前和未来的观测设施来检测这种发射的前景，并发现宇宙网的细丝的发射通常由嵌入其中的晕和星系主导，而不是由晕外的低密度细丝气体主导。直接检测灯丝气体需要在ELT上使用类似于MUSE的仪器进行很长时间的曝光。我们最稳健的预测作为下限，表明这在较低的红移（$z \lesssim 4$）时挑战性稍小。我们还发现，在我们的模拟观察中，字段之间存在大量的方差。高红移的原星系团是观测Lyman- $α$发射中的自发IGM最有希望的环境。
2021-03-23 astro-ph.CO astro-ph.GA
Scientific Objectives of the Hot Universe Baryon Surveyor (HUBS) Mission
本文介绍了拟议中的天基X射线望远镜HUBS任务的科学目标，其凭借高分辨率光谱和大视场测量各类介质中热气体性质，旨在揭示星系演化的反馈物理及重子收支，并探索星系团、活动星系核等多个天体物理领域。
2023-07-11 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Stacking the Cosmic Web in Fluorescent Lyman alpha Emission with MUSE
宇宙学模拟表明，宇宙中的大部分物质沿着连接星系的细丝分布。在宇宙紫外线背景（UVB）的照射下，这些结构预计会发出荧光莱曼α发射，其表面亮度（SB）远低于当前单个探测的观测极限。在这里，我们使用三维区域（子立方体）对最深的MUSE/VLT数据进行堆叠分析，这些区域的方向由3<z<4的相邻莱曼α星系（LAEs）的位置确定。我们的方法应该增加检测到间接莱曼α发射的概率，只要这些结构是莱曼极限系统（LLS）。通过堆叠390个定向子立方体，我们在1 arcsec^2 x 6.25埃的孔径中达到了SB ~ 0.44 e-20 erg/s/cm^2/arcsec^2的2 σ灵敏度水平，这比Haardt-Madau 2012（HM 12）UVB在z~3.5处的预期荧光莱曼α信号低三倍。在星系际尺度上没有发现可检测到的发射，这意味着我们至少有三分之二的子立方体不包含HM 12 UVB的定向LLS。另一方面，在星系的环星系介质（CGM）中，在邻近星系的方向上检测到显著的发射。信号是更强的星系与大量的邻居，似乎是独立的任何其他星系的属性，如光度，红移和邻居的距离。我们估计，优先取向的卫星星系不能显着贡献这个信号，而不是在CGM中的气体密度通常较大的宇宙学尺度上的邻近星系的方向。
2017-06-12 astro-ph.CO astro-ph.GA
