The Epoch of Reionization 21-cm Bispectrum: The impact of light-cone effects and detectability
我们研究了再电离时期（EoR）的21厘米信号的球平均双谱。该度量提供了预期为高的信号的非高斯性水平的定量测量。我们重点研究了光锥效应对双谱的影响及其在未来SKA-Low望远镜中的探测能力。我们的研究是基于一个单一的再电离光锥模型和一个合奏的50实现的21厘米的信号，以估计宇宙方差误差。我们用一种新的优化的直接估计方法DviSukta计算双谱，该方法计算所有可能的独特三角形的双谱。我们发现，光锥效应成为重要的尺度$k_1 \lesssim 0.1\,{\rm Mpc}^{-1}$，其中大多数三角形的宇宙方差误差占主导地位。只有对于压缩极限三角形，光锥效应的影响超过宇宙方差。结合系统噪声和宇宙方差的影响，我们发现，$\sim 3σ$检测的双谱是可能的所有独特的三角形形状周围的规模$k_1 \sim 0.2\,{\rm Mpc}^{-1}$，宇宙方差误差占主导地位以上和噪声误差低于这个长度尺度。只有压缩极限三角形能够在很宽的尺度范围内实现超过$5σ$的意义，$k_1 \lesssim 0.8\,{\rm Mpc}^{-1}$。我们的结果表明，在所有可能的三角形组合的双谱，压缩极限之一将是最可测量的，因此是有用的。
2021-10-08 astro-ph.CO
Modelling the post-reionization neutral hydrogen (${\rm HI}$) 21-cm bispectrum
测量后再电离21厘米双谱$B_{\rm HI}(\mathbf{k_1},\mathbf{k_2},\mathbf{k_3})$使用各种即将到来的强度映射实验举行的潜力，以确定宇宙学参数在一个高水平的精度。在本文中，我们估计了21厘米双谱的$z$范围$1 \le z \le 6$使用中性氢（${\rm HI}$）分布的半数值模拟。我们确定的$k$和$z$范围内的21厘米的双谱可以充分利用二阶微扰理论的预测建模，我们用它来预测红移的线性和二次${\rm HI}$偏置参数$b_1$和$b_2$分别演变。的$b_1$值被发现减少几乎线性减少$z$，并在较早的预测通过建模的21厘米功率谱$P_{\rm HI}(k)$是在良好的协议。$b_2$值随着$z$的降低而急剧下降，在$z \sim 3$处变为零，并在$z<2$处达到几乎恒定的值$b_2 \approx - 0.36$。我们提供了多项式拟合公式为$b_1$和$b_2$作为$z$的功能。这里提出的建模预计将是有用的，在未来的努力，以确定宇宙学参数和约束原始的非高斯使用21厘米双谱。
2019-07-03 astro-ph.CO
Sensitivity for 21cm Bispectrum from Epoch of Reionization
21厘米线亮温带来了关于再电离时代（EoR）和高$z$宇宙（宇宙黎明和黑暗时代）的丰富信息。虽然功率谱是统计地研究EoR信号的有用工具，但是高阶统计（诸如双谱）也是有价值的，因为预期EoR信号是高度非高斯的。本文通过推广功率谱\cite{2006ApJ...653..815M}的形式，发展了一种计算望远镜阵列热噪声双谱的形式。我们应用我们的形式主义正在进行和未来的望远镜，如扩大默奇森宽场阵列（MWA），低频阵列（LOFAR）和平方公里阵列（SKA）。我们发现，扩展MWA没有足够的灵敏度来检测双谱信号。另一方面，LOFAR具有更好的灵敏度，并将能够检测到的双谱的峰值作为红移的函数在大尺度上与共动波数$k \lesssim 0.03 {\rm Mpc}^{-1}$。SKA具有足够的灵敏度来探测更小尺度的双谱$k \lesssim 0.3 {\rm Mpc}^{-1}$和红移$z \lesssim 20$
2015-05-16 astro-ph.CO
O-V-S-Z and friends: Non-Gaussianity from inhomogeneous reionization
计算了非均匀再电离引起的宇宙微波背景（CMB）双谱。我们计算了共形牛顿规范在所有尺度上对双谱有贡献的一阶项的乘积。我们还正确地占的物质密度和初始条件之间的去相关使用微扰理论到三阶。我们发现，双谱是本地类型的预期。对于一个合理的再电离模型，宇宙完全电离，红移为z_{ri} ~ 8，到末次散射面的光学厚度为τ_0=0.087，探测CMB温度双谱的信噪比为S/N ~ 0.1，原始非高斯性估计的混乱为f_{NL} ~-0.1。对于z_{ri} ~ 12.5，τ_0=0.14的极端模型，我们得到S/N ~ 0.5和f_{NL} ~-0.2。
2010-02-24 astro-ph.CO
Redshift-space 21-cm bispectrum multipoles as an SKA-era gravity test in the post-reionization Universe
Indian Statistical Institute（印度统计研究所）；McGill University（麦吉尔大学）；Ciela—Montreal Institute for Astrophysical Data Analysis and Machine Learning（Ciela-蒙特利尔天体物理数据分析与机器学习研究所）
利用SKA-MID观测红移空间21厘米双谱多项式，探测再电离后宇宙中偏离广义相对论的引力效应。
2026-01-26 astro-ph.CO
Improving constraints on the reionization parameters using 21-cm bispectrum
无线电干涉测量实验的目的是通过测量21厘米信号的统计数据，主要是功率谱来约束再电离模型参数。然而，再电离时期（EoR）21厘米信号是高度非高斯的，这种非高斯性编码了关于这个时代的重要信息。双谱是能够捕获这种固有的非高斯性的最低阶统计量。在这里，我们是第一个证明，双谱的大和中等长度尺度和所有独特的$k$ -三角形形状提供更严格的约束的EoR参数相比，功率谱或双谱的有限数量的形状的$k$ -三角形。我们使用贝叶斯推断技术来约束EoR参数。我们还开发了一个基于人工神经网络（ANN）的仿真器，用于EoR 21厘米功率谱和双谱，我们使用它来显着加快我们的参数推理流水线。在这里，我们考虑了样本方差和系统噪声的不确定性对应于$1000$小时的SKA-Low观测估计误差的信号统计。我们发现，使用所有独特的$k$ -三角双谱提高了参数的约束的一个因素的$2-4$（取决于阶段的再电离）的约束，单独使用功率谱。
2022-03-29 astro-ph.CO astro-ph.IM
Redshifted 21-cm Bispectrum I: Impact of the Redshift Space Distortions on the Signal from the Epoch of Reionization
双谱可以量化的非高斯性存在于红移的21厘米信号产生的中性氢（HI）在再电离（EoR）的时代。出于这一动机，我们进行了全面的研究EoR 21厘米双谱模拟信号。给出了一个再电离模型，证明了$k$空间中所有唯一三角形的双谱的行为。为了便于识别的独特的三角形，我们参数化的$k$ -三角形空间的两个参数，即三角形的两个臂（$n=k_2/k_1$）和它们之间的角度（$\cosθ$）的余弦的比率。此外，第一次，我们量化的影响的红移空间失真（RSD）的球平均EoR 21厘米双谱在整个独特的三角形空间。我们发现，实空间信号双谱的小和中间$k_1$ -三角形（$k_1 \leq 0.6 \,{\rm Mpc^{-1}}$）是负的，在大多数的唯一的三角形空间。对于压缩、拉伸和线性$k_1$ -三角形，特别是对于较大的$k_1$值（$k_1 \geq 0.6 \,{\rm Mpc^{-1}}$），它取正号。RSD显著影响双谱的符号和幅度。对于小的和中等的$k_1$ -三角形，在整个EoR期间，它通过$50-100\%$改变（增加/减少）双谱的幅度，而不改变其符号（大部分）。对于较大的$k_1$ -三角形，RSD对幅值的影响为$100-200\%$，并且还将符号从负翻转为正。我们的结论是，重要的是要考虑到RSD的影响，一个正确的解释EoR 21厘米双谱。
2020-10-10 astro-ph.CO
Multi-tracer power spectra and bispectra: Formalism
本文提出适用于下一代巡天的双谱多示踪体形式体系，并通过Fisher分析显示其能提升原初非高斯性约束精度，同时探讨了条件误差对示踪体偏置和数密度差的依赖，指出最优约束条件。
2024-03-15 astro-ph.CO
The 21 cm-kSZ-kSZ Bispectrum during the Epoch of Reionization
来自再电离时代（EoR）的高红移21厘米信号是一个有前途的早期宇宙观测探测器。当前和下一代无线电干涉仪，如氢时代再电离阵列（HERA）和平方公里阵列（SKA），预计将测量来自EoR的21厘米自动功率谱。这一时期的另一个观测信号是宇宙微波背景（CMB）中的动力学Sunyaev-Zel'dovich（kSZ）信号，即将进行的西蒙斯天文台（SO）和CMB-S4实验将观测到这一信号。21厘米的信号和来自EoR的kSZ的贡献预计是反相关的，前者来自星系际介质中的中性气体区域，后者来自电离区域。然而，kSZ和21 cm图之间的朴素互相关受到抵消的影响，因为电离区域同样可能朝向或远离观察者移动，因此与21 cm信号没有净相关性。我们在这里提出了一个调查的21厘米kSZ-kSZ双谱，这不应该遭受相同的取消简单的两点互相关。我们发现，有一个显着的和非零的信号，是敏感的再电离的历史，这表明统计可用于确认或推断的电离分数作为红移的函数。在没有前景污染的情况下，我们预测该信号在HERA和SO的高统计显著性下是可检测的。我们研究的双谱遭受的事实，即kSZ信号是敏感的，只有傅立叶模式与长波长的视线组件，这通常是丢失在21厘米的数据集，由于前景污染。我们讨论了可能的策略，以减轻这种污染，包括替代四点统计，可能有助于规避这个问题。
2020-08-11 astro-ph.CO
The 21-cm bispectrum from neutral hydrogen islands at z < 6
本文利用高动态范围辐射转移模拟研究 z<6 延迟再电离产生的中性氢岛，发现其 21-cm 双谱显著增强并含特征尺度，且可由 SKA1-LOW 探测。
2024-03-05 astro-ph.CO
Constraining the neutral hydrogen fraction during reionization: Cross-simulation inference using power spectrum and bispectrum
National Institute of Technology Calicut（印度卡尔库特国家技术学院）
本文通过交叉模拟验证，利用功率谱和双谱推断中性氢分数，发现双谱在同代码情况下约束更紧，而交叉模拟情况下约束改善有限，但存在系统性偏差，表明模型不确定性是主要限制因素。
2026-07-02 astro-ph.CO
Impact of astrophysical scatter on the Epoch of Reionization [H I]$_{\rm 21cm}$ bispectrum
本研究使用半数值模拟探讨天体物理散射对再电离时期HI 21-cm双谱的影响，发现散射在小尺度上引入显著的非高斯性，SKA1-Low有望在特定红移和中性分数下探测到这些散射特征。
2024-08-05 astro-ph.CO astro-ph.GA
Quantifying the non-Gaussianity in the EoR 21-cm signal through bispectrum
再电离（EoR）21厘米信号的时代预计是高度非高斯的性质，这种非高斯性也预计将演变与再电离的进展状态。因此，信号将在不同傅立叶模式（$k$）之间相关。功率谱将无法捕获信号中的这种相关性。我们使用高阶估计-双谱-来量化这种不断发展的非高斯性。我们研究的双谱使用一个合奏的模拟21厘米的信号，并与各种各样的$k$三角形。我们观察到两个竞争的来源驱动信号中的非高斯性：在中性分数（$x_{\rm HI}$）场的波动和在物质密度场的波动。我们发现，从这两个源的非高斯贡献不同，这取决于再电离的阶段和$k$模式正在研究。我们表明，双谱的符号作为一个独特的标记，以确定这两个组件是驱动非高斯。我们建议，双谱中的符号变化，当绘制为三角形配置$\cosθ$的函数时，在EoR的某个阶段，可以用作21 cm信号检测的确认测试。我们还提出了一种新的统一的方式来可视化的信号演变（与不断发展的$\overline{x}_{\rm HI}$或红移），通过在功率谱和等边双谱，即$P(k)-B(k, k, k)$空间的信号的轨迹。
2018-02-23 astro-ph.CO
Probing primordial non-Gaussianity: The 3D Bispectrum of Ly-alpha forest and the redshifted 21-cm signal from the post reionization epoch
我们探讨了使用三维双谱的Ly-alpha森林和红移21厘米的信号从后再电离时代约束原始非高斯的可能性。这两个场都描绘了中性氢的大规模分布，并可能被视为底层暗物质场的示踪剂。本文首先给出了两个任意三维有偏示踪剂的自谱和互谱的一般形式，然后将其应用于具体情况。我们已经模拟了三维Ly-alpha发射通量场作为一个连续的示踪剂采样沿一维串，对应于类星体的视线。对于后再电离21厘米信号，我们使用了线性偏置模型。我们使用Fisher矩阵分析提出的第一个预测的界限上f_{NL}和其他偏置参数使用三维21厘米双谱和其他交叉双谱。f_{NL}的界限取决于调查体积和各种观测噪声。我们考虑了一个类似于BOSS的Ly-alpha巡天，其中类星体的平均数密度为\bar{n} = 10^{-3} Mpc^{-2}，光谱是在2 σ水平上测量的。对于21厘米的信号，我们已经考虑了4000小时的观测与未来的SKA一样的无线电阵列。我们发现在我们的分析中得到的f_{NL}上的界限（6 < Δ f_{NL} < 65）与CMBR和星系巡天是竞争性的。我们还发现，通过结合各种交叉双谱估计，它是可能的约束f_{NL}在一个水平Δ f_{NL} ~ 4.7。对于等边和正交模板，我们分别得到了组合估计量的Δ f_{NL} ^{equ}~17和Δ f_{NL} ^{orth}~13。这对于理解原始扰动产生的机制是很重要的。
2013-04-03 astro-ph.CO gr-qc
Extracting bias using the cross-bispectrum: An EoR and 21 cm-[CII]-[CII] case study
在再电离时期（EoR）的红移21厘米波动的幅度预计将显示出独特的“上升和下降”的行为，随着再电离过程中的红移减少。在大尺度上（k <~ 0.1 Mpc^{-1}），这主要可以通过平均21 cm亮温和偏置因子b_21（z）的乘积的演化来表征。这个量的演变在一个独特的方式，可以帮助确定平均电离历史的星系际介质（IGM）从即将到来的21厘米波动数据集。在这里，我们考虑<T_21>使用未来的红移21厘米和[CII]线强度映射数据集的组合提取b_21（z）。我们的方法利用21 cm-[CII]-[CII]交叉双谱对傅立叶空间中三角形配置形状的依赖性。这允许确定<T_21>b_21（z），但重要的是，比21 cm自谱对前景污染不太敏感，因此可以提供有价值的交叉检查。我们比较了模拟双谱与二阶微扰理论的结果：在大尺度下，当<T_21>b_（21）（z）<~ 0.8时，微扰估计与真实值的匹配在10%以内<x_i>。我们认为，21厘米的自动双谱，并表明，该统计也可用于提取21厘米的偏差因子。最后，我们讨论了测量互双谱的测量要求。虽然我们专注于21厘米-[CII]-[CII]双谱在再电离过程中，我们的方法可能是更广泛的兴趣，可以应用于任何两个领域在整个宇宙历史。
2018-10-24 astro-ph.CO
Probing gravity beyond general relativity with bispectrum multipoles of cosmological tracers: I. Theoretical Foundations
本文研究了红移空间双谱的非零角多极 $B_l^m$ 探测 DHOST 修改引力理论的潜力，发现 $l=2,4,6$ 多极比单极矩更敏感，且其符号反转可作为偏离广义相对论的稳健指标。
2025-08-11 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Tomography of the Cosmic Dawn and Reionization Eras with Multiple Tracers
宇宙黎明和再电离时代仍然是天体物理学和宇宙学的一个基本但具有挑战性的前沿。我们提倡一种大规模的多示踪剂方法，以全面了解导致第一批恒星和星系形成和演化的物理学。我们强调线强度映射技术来跟踪大尺度上的多相再电离拓扑结构，并详细测量再电离历史。除了21厘米，我们主张在Wouthuysen-Field耦合时期进行Lya层析成像映射，作为宇宙黎明时代的额外探测。
2019-03-28 astro-ph.CO
The THESAN project: predictions for multi-tracer line intensity mapping in the epoch of reionization
线强度映射（LIM）是研究高红移宇宙中星系形成和宇宙学的一种强有力的技术。我们提出LIM估计的选择谱线起源于星际介质（ISM）的星系和21厘米的排放中性氢气在宇宙中使用大体积，高分辨率THESAN再电离模拟。利用HII区亚分辨率光电离模拟和MonteCarlo辐射转移计算相结合的方法，估算了高红移星系（$z\gtrsim5.5$）的尘埃衰减光谱能量分布（SED）。我们发现，衍生的光度特性，如紫外（UV）光度函数和紫外线连续斜率匹配观测推断值，证明了SED建模的准确性。我们提供适合的亮度-恒星形成率关系（L-SFR）的最亮的发射线，并发现，重要的差异之间存在的派生的标度关系和广泛使用的低$z$的，因为星际介质的再电离时代的星系一般是金属富集比在其低红移的同行。我们使用这些关系来构建线强度地图的星云发射线和交叉相关的21厘米发射。有趣的是，相关开关符号（$k_\mathrm{transition}$）的波数在很大程度上取决于再电离模型，并在较小程度上对目标发射线，这是一致的图片，$k_\mathrm{transition}$探测电离区域的典型尺寸。导出的尺度关系和强度图代表了一个及时的最先进的框架，用于预测和解释当前和即将到来的LIM实验的结果。
2022-06-22 astro-ph.CO astro-ph.GA
Impact of dark matter models on the EoR 21-cm signal bispectrum
暗物质的性质决定了第一个坍缩晕形成的时间轴，从而影响了再电离的来源。在这里，我们考虑两种不同的暗物质模型：冷暗物质（CDM）和热暖暗物质（WDM），并研究它们如何影响再电离时代（EoR）及其21厘米观测。使用一套模拟，我们发现，在WDM的情况下，在小尺度上的结构形成得到抑制，导致在一个较小的数量的低质量的暗物质晕相比，CDM的情况。假设源产生电离光子的效率保持不变，这会导致在任何给定的宇宙时间产生的总电离光子数量减少，从而延迟再电离过程。我们还发现视觉差异的中性氢（HI）的拓扑结构和21厘米的地图相比，CDM的WDM的情况下。然而，在21厘米功率谱的差异，在相同的中性分数，被发现是小的。因此，我们专注于EoR 21-cm信号中的非高斯性，通过其双谱进行量化。我们发现，21厘米双谱（驱动的HI拓扑结构）是显着不同的WDM模型相比，CDM，即使是相同的质量平均中性馏分。这表明21厘米双谱是区分不同暗物质模型的一种独特而有前途的方法，并可用于在未来的EoR观测中约束暗物质的性质。
2020-06-13 astro-ph.CO
Measuring $f_{\mathrm{NL}}$ with the SPHEREx Multi-tracer Redshift Space Bispectrum
本文评估了测光红移误差对 SPHEREx 多示踪双谱测量原初非高斯性参数 $f_{\mathrm{NL}}$ 的影响，发现尽管误差影响信息提取，但最佳样本主导总结果，基准误差为 $σ_{f_{\mathrm{NL}}} = 0.7$，加入功率谱后有望达 0.5。
2023-11-22 astro-ph.CO
Primordial Non-Gaussianity from Biased Tracers: Likelihood Analysis of Real-Space Power Spectrum and Bispectrum
即将到来的星系红移巡天有望通过测量傅立叶空间中的2点和3点关联函数来显著改善当前对原始非高斯性（PNG）的限制。然而，实现该数据集的全部潜力取决于具有准确的理论模型和优化的分析方法。专注于本地模型的PNG，参数化的$f_{\rm NL}$，我们进行了蒙特卡洛马尔可夫链分析，面对扰动理论预测的晕功率谱和双谱在真实空间对一套N体模拟。我们在树级上对Halo双谱进行建模，包括$f_{\rm NL}$中的所有线性和二次贡献，在1-loop上对Halo功率谱进行建模，包括$f_{\rm NL}$中的树级项到二次阶，以及$f_{\rm NL}$中由局部PNG线性引起的所有循环。在保持宇宙学参数不变的情况下，我们研究了信息先验对$f_{\rm NL}$的统计推断的线性非高斯偏置参数的影响。保守分析的组合功率谱和双谱，其中只有松散的先验施加和所有参数被边缘化，可以提高$f_{\rm NL}$的约束超过一个因素的5相对于功率谱的测量。对$b_ϕ$施加强先验，或假设$b_ϕ$和$b_{ϕδ}$两者的偏置关系（由通用质量函数假设激发），进一步将约束改进了几倍。然而，在这种情况下，如果使用相同的波数范围，我们发现$f_{\rm NL}$的推断值有显著的系统性偏移。同样，泊松噪声假设可以导致重要的系统性，因此必须使所有的随机振幅自由。
2020-11-16 astro-ph.CO
The Epoch of Reionization 21 cm Bispectrum at $z=8.2$ from MWA data II: Smooth Component Filtering
Indian Institute of Technology Kharagpur（印度理工学院卡拉格普尔分校）；Indian Institute of Technology Madras（印度理工学院马德拉斯分校）；Raman Research Institute（拉曼研究所）
该研究利用MWA数据和SCF方法，通过抑制前景并评估三维球形双谱，确定了再电离时期的信号限制。
2026-02-19 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Detection of Cosmic Structures using the Bispectrum Phase. II. First Results from Application to Cosmic Reionization Using the Hydrogen Epoch of Reionization Array
通过中性氢（HI）的红移21厘米线表征$z\gtrsim 6$的再电离（EoR）时期对现代天体物理学和宇宙学至关重要，因此是许多当前和计划中的低频射电望远镜的关键科学目标。检测这种信号的主要挑战是在这些频率下压倒性的明亮前景发射，对仪器的知识和分析的不准确性提出了严格的要求。这些实验的结果在很大程度上并不受热敏性的限制，而是受到系统学的限制，特别是由于无法将仪器校准到高精度。干涉双谱相位不受基于天线的校准和其中的误差的影响，并且提供了检测EoR HI波动的独立替代方案，同时在很大程度上避免了校准系统。在这里，我们提供了一个演示，这种技术的一个子集的数据从氢时代的再电离阵列（HERA）的星系际介质（IGM）的亮度温度的近似约束。从这个有限的数据，我们推断在$z=7.7$上IGM亮度温度的“$1σ$“上限是$\le 316$“伪”mK，在$κ_\parallel=0.33$“伪”$h$ Mpc $^{-1}$（数据有限）和$\le 1000$“伪”mK，在$κ_\parallel=0.875$“伪”$h$ Mpc $^{-1}$（噪声有限）。“伪”单位仅表示与实际距离尺度和亮度温度的近似对应关系，而不是精确对应关系。通过并行传播模型的数据分析，我们确认，所需的动态范围，以分离宇宙HI信号的前景是类似的，在标准的方法，和双谱相位的功率谱仍然是数据有限的（在$\gtrsim 10^6$动态…
2020-07-02 astro-ph.CO astro-ph.IM
Simulations of primary beam effects on the cosmic bispectrum phase observed with the Hydrogen Epoch of Reionization Array
中性氢的21~cm跃迁有望成为再电离时代最好的观测探针。测量21厘米信号的主要困难是存在明亮的前景，需要非常精确的干涉校准。闭合量可以规避校准要求，但是可能受到方向相关效应的影响，特别是天线主波束响应。本文研究了互耦对天线主波束闭合相位及其功率谱的影响。我们的模拟表明，受互耦合影响的初级光束导致泄漏的前景功率进入EoR窗口，这可以高达$\sim4$数量级高于没有考虑互耦合的情况。然而，对于包括29 μ m基线的三元组，这种泄漏基本上限于$k < 0.3$ ~ $h$ ~Mpc $^{-1}$。当明亮的前景出现在天线旁瓣中时，泄漏幅度更明显，正如预期的那样。最后，我们发现，包括相互不同的互耦合光束的三元组具有类似于包括相同类型的互耦合光束的三元组的功率谱，这表明三元组（或可见度对）内的光束到光束的变化不是EoR窗口中的前景泄漏的主要来源。
2022-05-19 astro-ph.CO astro-ph.IM
Reionization and CMB non-Gaussianity
我们展示了如何互相关的高红移外部示踪领域，如21厘米中性氢分布和产品涉及宇宙微波背景（CMB）的温度和极化领域的地图，探针混合双谱涉及这些领域，可以帮助确定宇宙的再电离历史，超越可以实现互谱分析。从最近的原始非高斯检测研究（Munshi & Heavens 2010）中获得线索，我们开发了一组估计器，可以使用与双谱（或斜谱）相关的功率谱来研究再电离。我们使用这种方法中固有的匹配滤波来研究不同的再电离历史。我们检查到什么程度，他们可以用来排除各种型号的再电离和研究交叉污染从不同的来源，如CMB的透镜。估计器可以被微调以优化特定再电离历史的研究。在我们的研究中，我们考虑了三种不同类型的示踪剂，即：原星系;中性氢的21厘米地图;类星体。我们还考虑了四种可供选择的再电离模型。我们发现，在宇宙方差受限的全天实验中，在$\ell_{max}=2000$上探测的累积信噪比（S/N）可以达到$\mathcal{O}(70)$。结合普朗克实验的100 GHz、143 GHz和217 GHz通道，我们发现（S/N）在$\mathcal{O}(5)-\mathcal{O}(35)$范围内。S/N取决于示踪剂场的具体选择，多个示踪剂可以有效地用于绘制具有合理S/N的整个再电离历史。弱透镜的污染被调查，发现是可以忽略不计的，和汤姆逊散射的影响斑片状再电离也被认为是。
2014-06-04 astro-ph.CO
Lyman-alpha Emission from a Luminous z=8.68 Galaxy: Implications for Galaxies as Tracers of Cosmic Reionization
我们报告了在凯克天文台使用MOSFIRE摄谱仪在明亮的星系EGSY-2008532660（以下简称EGSY 8 p7）中发现的莱曼α发射（Ly $α$）。首先由Roberts-Borsani等人（2015）报道，它被选择用于光谱观测，因为它的光度红移（$z_{phot}=8.57^{+0.22}_{-0.43}$），表观亮度（H $_{160}=25.26\pm0.09$）和红色斯皮策/IRAC [3.6]-[4.5]颜色指示[4.5]带中的强氧发射污染。总积分的$\sim$ 4.3小时，我们的数据揭示了在$\simeq$ 11776的发射线，我们认为这可能是在红移$z_{spec}=8.683^{+0.001}_{-0.004}$的Ly $α$，在良好的协议与测光估计。在两个晚上使用不同的狭缝取向独立地检测到该线，其检测意义为$\sim7.5σ$。一个重叠的天际线有助于显着的不确定性的总线通量，虽然检测到的线的意义是强大的各种天际线掩蔽程序。通过直接相加和高斯拟合，我们估计95%置信范围为1.0--2.5 $\times10^{-17}$ erg s $^{-1}$ cm $^{-2}$，对应于17--42 mm的静息帧等效宽度。EGSY 8 p7是迄今为止通过光谱确认的最遥远的星系，也是EGS领域中第三个发光源，超过了$z_{phot}\gtrsim7.5$，在星系际介质被认为…
2015-08-13 astro-ph.CO astro-ph.GA
The monopole and quadrupole moments of the Epoch of Reionization (EoR) 21-cm bispectrum
本文通过EoR模拟研究21厘米双谱的单极矩和四极矩，发现其符号变化标志着中性氢分布从电离泡出现到HI岛形成的拓扑转变。
2023-10-24 astro-ph.CO
Cosmic variance suppression in radiation-hydrodynamic modeling of the reionization-era 21-cm signal
本研究测试固定与配对（F&P）方法在辐射-磁流体动力学模拟中抑制宇宙方差的效果，发现其有效体积至少为传统模拟的3.5倍，并验证结合多种观测量可最大化改进。
2024-03-14 astro-ph.CO astro-ph.GA
Density reconstruction from biased tracers: Testing the equivalence principle through consistency relations
Université de Genève（日内瓦大学）
研究通过不同示踪剂局部交叉功率谱中特定调制识别等效原理违反，提出用二次估计器检验等效原理，应用于类似DESI巡天，纳入适度非线性尺度，其估计器与直接双谱方法有竞争力，能让此类巡天受益。
2026-07-17 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
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
Local primordial non-Gaussianity from 'zero-bias' 21cm radiation during reionization
本文研究了再电离时期21cm辐射作为“零偏置示踪器”限制局域原初非高斯性的潜力，发现类噪声项阻碍了限制能力，但通过场级重建等高级分析技术有望实现10倍误差缩减。
2025-04-28 astro-ph.CO
Prospects for kSZ$^2$-Galaxy Cross-Correlations during Reionization
我们探索了一种新的方法提取再电离时代的贡献动力学Sunyaev-Zel'dovich（kSZ）效应。我们的方法利用的交叉功率谱之间的过滤和平方的宇宙微波背景（CMB）和光度星系调查的再电离时代（EoR）的地图。这kSZ $^2$ -星系交叉功率谱统计已被成功地检测到在较低的红移（$z \lesssim 1.5$）。在这里，我们将这种方法扩展到$z \gtrsim 6$作为一种潜在的手段来提取补丁再电离的签名。我们使用再电离过程的半数值模拟跨多个光度红移箱的预期信号建模。在原则上，互相关统计鲁棒地提取再电离时代的kSZ信号的贡献，而其红移的演变产生有价值的信息，再电离的时间。具体地说，在EoR的早期阶段，当大约20%的宇宙体积被电离时，$\ell \sim 1,000$附近的模型互相关信号达到峰值。可检测的$\ell$模式主要反映了相关双谱的压缩三角形配置，量化了大尺度上星系过密度场与小尺度kSZ功率之间的相关性。我们预测了使用罗马空间望远镜和下一代CMB调查（包括西蒙斯天文台，CMB-S4和CMB-HD）的莱曼破裂星系未来宽视场样本检测此信号的前景。我们发现，一个大约13 $σ$检测是可能的CMB-HD和罗马后，所有$\ell$模式求和。我们讨论了改进这种方法和相关统计的可能性，其目的是超越简单的检测来测量互相关信号的尺度和红移依赖性。
2022-04-26 astro-ph.CO
TORRCH: Tomographic reconstruction of the reionization of cosmic hydrogen with Ly$α$ emitters and non-Ly$α$-selected galaxies
Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所）；IIT Kanpur（坎普尔印度理工学院）；KU Leuven（荷语鲁汶大学）；Istituto Nazionale di Astrofisica -Osservatorio Astronomico di Trieste（意大利国家天体物理研究所-的里雅斯特天文台）；SISSA International School for Advanced Studies（国际高等研究院）；INFN - Sezione di Trieste（意大利国家核物理研究所-的里雅斯特分部）；IFPU, Institute for Fundamental Physics of the Universe（宇宙基础物理研究所）；ICSC - Centro Nazionale di Ricerca in High Performance Computing, Big Data e Quantum Computing（高性能计算、大数据与量子计算国家研究中心）；Kavli Institute for Cosmology and Institute of Astronomy（卡弗里宇宙学研究所和天文学研究所）；University of Nottingham（诺丁汉大学）；Institute for Astronomy, University of Edinburgh（爱丁堡大学天文学研究所）
TORRCH通过深度学习框架利用Lyα发射体和非Lyα选择星系的空间分布，重建再电离期间的中性氢分数场，提供高保真度的电离拓扑结构分析。
2026-01-22 astro-ph.CO astro-ph.GA
A Census of the LyC Photons that Form the UV Background During Reionization
我们提出了一种新的，在飞行中的光子通量和吸收示踪剂算法，旨在直接测量不同的源人口的metagalactic紫外线背景和电离部分的气体在宇宙中的贡献。我们使用一套多频辐射流体动力学模拟，仔细校准重现一个现实的再电离历史和星系属性在$z \ge 6$，解开不同质量晕和恒星发射的光子的贡献不同的金属和年龄的紫外线背景再电离。虽然在非常早期的宇宙时期，低质量的贫金属晕提供了大部分的LyC光子，但它们的贡献随着时间的推移而稳步下降。在$z = 6$，大质量系统（${\rm M_{halo}}/{\rm M_\odot} > 10^{10} \, {\rm h ^{-1}}$）和富金属恒星（$10^{-3} < Z/Z_{\rm \odot} < 10^{-1.5}$）发射的光子对电离紫外背景的贡献最大。我们证明，有很大的变化，逃逸分数取决于源，逃逸分数最高（$\sim 45-60\%$）的光子发射的最古老的恒星，穿透到IGM通过低不透明度的通道雕刻的电离光子和超新星从年轻的恒星。在HII区域开始重叠之前，光电离率在不同的孤立的HII气泡之间强烈波动，这取决于嵌入的电离源，我们认为这可能会导致矮星系性质的空间变化。
2018-05-31 astro-ph.CO astro-ph.GA
Probing Cosmic Reionization and Molecular Gas Growth with TIME
线强度测绘（LIM）通过测量所有星系在红移范围内的聚集线辐射，为探索宇宙结构提供了一种独特而有力的手段。该方法是补充传统的星系红移调查是基于对象和要求精致的点源灵敏度。电离碳层析成像测绘实验（TIME）将通过观测LIM区红移的[CII] 158 $μ$ m线（$6 \lesssim z \lesssim 9$）来测量宇宙再电离期间的恒星形成率（SFR）。《时代》杂志将通过观测$0.5 \lesssim z \lesssim 2$星系发出的旋转CO谱线，同时研究恒星形成高峰时期分子气体的丰度。我们提出的建模框架，预测的约束力量的时间上的一些观测，包括线光度函数，和自相关和互相关功率谱，包括协同作用与外部星系示踪剂。基于一个优化的调查策略和基准模型参数的现有观测信息，我们预测的物理量有关的再电离和星系演化的约束条件，如逃逸的电离光子在再电离过程中的分数，在高红移星系光度函数的暗端斜率，和宇宙中午的宇宙分子气体密度。我们讨论了这些约束如何能够促进我们对宇宙学星系演化的理解，从2021年开始，在两个不同的宇宙时代，以及如何在未来的实验阶段中改进它们。
2021-05-29 astro-ph.CO astro-ph.GA
The scale-dependent signature of primordial non-Gaussianity in the large-scale structure of cosmic reionization
宇宙结构的形成取决于暴胀产生的初始密度涨落的统计分布。虽然最简单的模型预测了一个几乎完美的高斯分布，但更一般的模型预测了一个原始非高斯（PNG）的水平，观测可能还不够敏感，可以检测到。最近普朗克合作测量的CMB温度各向异性双谱显着收紧观测的限制，但他们仍然远离最简单的膨胀模型预测的PNG水平。低于CMB灵敏度的探测水平将需要其他方法，例如寻找PNG对星系晕集群的统计印记。在再电离时期（EoR），第一批恒星和星系向星系际介质（IGM）释放辐射，产生电离斑块，其大尺度几何形状和演化反映了恒星形成星系的潜在丰度和大尺度集群。IGM中的电离斑与星系晕之间的这种统计联系表明，观测再电离可能是限制PNG的另一种方法。我们采用线性微扰理论的再电离和半解析模型的基础上的扩展集形式主义的PNG对EoR的影响建模。我们量化PNG的大尺度结构的再电离的电离密度偏差，即电离原子的傅立叶空间中的总物质的超密度的比率，在小波数的影响。正如以前的研究发现，PNG创建一个规模依赖的签名晕偏差，所以，同样，我们发现一个规模依赖的签名电离密度偏差。我们的结果，这与以前的尝试在文献中描述这种PNG签名显着不同，将被应用到其他地方来预测其可观察到的后果，例如，在宇宙21厘米的背景。
2013-05-30 astro-ph.CO
Probing the Pre-Reionization Epoch with Molecular Hydrogen Intensity Mapping
氢分子现在被认为是导致第一批恒星和星系形成的原始气体云的主要冷却剂。与分子氢有关的谱线辐射应该是宇宙再电离开始时物质分布的一个很好的示踪剂。在这里，我们提出了在静止帧中红外波长的H2线发射的强度映射映射出的红移z > 10的气体的空间分布。我们计算了几条H2谱线的平均强度和聚类功率谱。我们发现0- 0 S（3）转动谱线在静止波长为9.66微米处是红移范围10 - 30的最亮谱线，在z~15处的强度约为5 - 10 Jy/sr。为了减少天体物理和仪器系统，我们提出了交叉相关的多条线的H2旋转和振动线发射光谱。我们的估计强度可以作为指导规划工具，为未来的中红外光谱任务，如SPICA。
2012-12-12 astro-ph.CO
The THESAN project: Lyman-alpha emitters as probes of ionized bubble sizes
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；The University of Texas at Dallas（德克萨斯大学达拉斯分校）；Universidad ECCI（ECCI大学）；York University（约克大学）；The University of Tokyo（东京大学）；University of Edinburgh（爱丁堡大学）
THESAN模拟研究了Lyman-α发射体在再电离时期如何追踪电离气泡大小，通过生成真实的LAE目录，揭示了LAE分数与气泡大小的关联性，特别是在高红移区域。
2026-04-16 astro-ph.CO astro-ph.GA
Studying dark gaps in Ly-$α$ forest transmission with large reionization simulations
Max-Planck-Institut für Astronomie（马克斯·普朗克天文学研究所）；Institute for Theoretical Physics, Heidelberg University（海德堡大学理论物理研究所）
通过大体积模拟研究Ly-α森林暗隙分布，探讨再电离末期宇宙介质的物理条件，发现稍晚的再电离结束情景与观测数据最吻合。
2026-05-09 astro-ph.CO
The 21 cm Forest as a Probe of the Reionization and the Temperature of the Intergalactic Medium
利用高红移射电源作为背景，21厘米森林观测探测了沿视线方向早期结构的中性氢吸收特征。它对自旋温度直接敏感，补充了21厘米层析成像观测，并提供了关于星系际介质（IGM）的温度和电离状态的信息。我们使用一个辐射转移模拟研究21厘米森林信号期间的再电离时代。我们首先证实了光学深度和等效宽度（EW）是IGM电离和热状态的良好表征。由相对光学深度选择的特征是电离场的良好示踪剂，而由绝对光学深度选择的特征对IGM温度非常敏感，因此有可能提取IGM温度信息，从而打破21cm层析观测的简并性。从EW的分布以及不同EW的吸收体和泄漏体的数量演化，我们清楚地看到了IGM电离态的宇宙学演化。随着气体温度的升高，潜在可观察特征的数密度迅速降低。建议EW统计IGM温度的敏感性，使其成为一个独特的和潜在的强大的探针再电离。然而，缺少小尺度结构，例如在我们目前的模拟中未解决的小细丝和迷你晕，以及缺乏IGM温度的准确计算，可能使所呈现的信号在定量上不准确。最后讨论了背景射电源对观测的要求，发现等效宽度大于1kHz的信号是有希望被探测到的。（节录）
2009-10-11 astro-ph.CO
Intensity Mapping of the [CII] Fine Structure Line during the Epoch of Reionization
原子CII精细结构线是典型恒星形成星系光谱中最亮的线之一，其光度约为辐射光度的0.1%至1%。它可能是一个可靠的示踪剂的稠密气体分布在高红移，并可能提供一个额外的探针的时代再电离。通过考虑CII线的自发辐射、受激辐射和碰撞辐射，计算了自旋温度和平均强度随红移的变化。当平均在宇宙学上的大体积，我们发现，在个别星系的电离碳的CII发射大于碳在星系际介质（IGM）中产生的信号。假设CII的光度与暗物质晕中的碳质量成正比，我们还计算了不同红移下CII谱线强度的功率谱。为了避免在高红移CII观测时受到低红移CO转动谱线的干扰，我们提出了CII与高红移21 cm谱线辐射的互相关。为了探索再电离CII信号的可探测性，我们还评估了CII功率谱和CII-21厘米交叉功率谱的预期误差的基础上，未来毫米波测量的设计。我们注意到，CII-21厘米交叉功率谱包含有趣的功能，捕获物理过程中的再电离，包括电离气泡的大小和平均电离分数，这是具有挑战性的测量从21厘米的数据。我们提出了一个仪器概念的再电离CII实验的目标频率范围为$\sim$ 200至300 GHz的1，3和10米的孔径和辐射热光谱仪阵列与64个独立的光谱像素约20,000辐射热计。
2011-10-20 astro-ph.CO
The Last Crossing in Excursion-Set Theory of Cosmic Reionization
The University of Chicago（芝加哥大学）
该研究将光子计数屏障最后穿越作为统计量，发展 excursion-set 理论的最后穿越形式体系，结合CROC模拟揭示电离区域源几何与星系分布的关联，为莱曼α透射尖峰研究提供新视角。
2026-08-12 astro-ph.CO
Constraining large scale HI bias using redshifted 21-cm signal from the post-reionization epoch
在没有复杂的天体物理过程的特点，再电离时代，21厘米的排放中性氢（HI）在后再电离时代被认为是一个很好的示踪剂的基础暗物质分布。假设一个背景宇宙学，它是通过（i）一个偏置函数b（k，z），它涉及HI的暗物质分布和（ii）的平均中性分数（x_{HI}），它设置其振幅。在本文中，我们研究了大规模HI偏置的性质。后再电离HI建模重力只有N体模拟和一个合适的处方分配气体的暗物质晕。使用模拟偏差作为基准模型HI分布在z \leq 4，我们已经产生了一个假设的数据集为21厘米角功率谱（C_{l}）使用的噪声模型的基础上的参数的扩展版本的GMRT。假设以在基准红移z=2.5处的范围400 \leq到\leq 8000中的SNR \gtrsim 4测量面元化的C_{l}。我们探讨了使用主成分分析（PCA）对该模拟数据进行约束b（k）的可能性。我们的分析表明，在0.2 < k < 2 Mpc^{-1}的范围内，模拟数据集无法区分表现出不同k依赖性的模型，只要1 \lesssim b（k）\lesssim 2设置2-sigma限值。这证明在大尺度上使用线性偏差模型是合理的。很大程度上不确定的x_{HI}被视为一个自由参数，导致退化的偏置重建。发现给定的模拟数据以\sim 4%（2-sigma误差）的精度约束基准x_{HI}。这里概述的方法，可以成功地实施对未来的观测数据集，以约束b（k，z）和x_{H…
2012-01-19 astro-ph.CO
Constraining dark energy using the cross correlations of weak lensing with post-reionization probes of neutral hydrogen
我们研究了在再电离后时期探测CMBR弱透镜会聚场与下伏暗物质分布的大尺度示踪剂的互相关的前景。互相关，然后使用的暗能量状态方程（EoS）的模型与时间演变的暗能量的误差投影。利用Lyman- $α$森林和再电离后红移的HI 21 cm信号研究了弱透镜场的互相关角功率谱。角功率谱被表示为在断层扫描切片上的视线平均。我们发现，在类星体密度为$16 {\rm deg}^{-2}$的情况下，用扩展的uGMRT类仪器或BOSS类巡天观测多个$400$小时，可以在很高的信噪比（$>20$）下探测到覆盖半边天的弱透镜会聚场的互相关。弱透镜与莱曼- $α$森林的互相关允许不同参数化的暗能量EoS参数上的$1-σ$误差被约束在与组合的普朗克+SNIa+BAO+HST投影相当的精度水平。21厘米的弱透镜互相关被发现提供强约束的暗能量EoS参数的现值在$4\%$的7 CPL模型。对于除7 CPL型号外的其他型号，$w_a$的约束条件相当（$\sim 12\%$）。我们还发现，CPL参数化可能不是暗能量演化的最佳约束参数化。因此，CMBR弱透镜与中性氢再电离后探针的交叉相关性有可能使我们对演化的暗能量的性质有价值的理解。
2021-02-12 astro-ph.CO gr-qc
An emulator-based forecasting on astrophysics and cosmology with 21 cm and density cross-correlations during EoR
Max-Planck-Institut für Astronomie（马克斯·普朗克天文学研究所）
本研究利用模拟器预测21厘米和密度交叉相关性，以约束重新离子化时期的宇宙学参数和天体物理学特性。
2025-09-05 astro-ph.CO astro-ph.GA
Tracing the Reionization-Epoch Intergalactic Medium with Metal Absorption Lines
在z>6光谱中观察到的IGM金属吸收线提供了探测早期反馈过程、富集源的性质和再电离拓扑结构的机会。我们进行了包括星系外流在内的高分辨率宇宙学模拟，研究了5种离子（C II，C IV，O I，Si II，Si IV）在z=8->5之间吸收的可观测性和物理性质。我们应用三种情况下的电离条件：完全中性，完全再电离，和一个补丁模型的基础上从最近的星系的流量。我们发现，我们的模拟广泛适用于现有的z~5-6 IGM金属线数据，虽然所有的观察不能容纳一个单一的电离条件。Becker等人（2006年）观察到的视线中的O 1吸收剂的变化表明，低至z~6的中性IGM斑块显著。z~6处的强C IV吸收体可能是其母星系电离的结果。我们的外流有典型的速度~200公里/秒和质量加载因子~6。如此高的质量负载对于将IGM富集到观测水平，同时减少恒星形成以匹配观测到的z~6静止框架UV光度函数是至关重要的。金属的体积填充因子在这一时期增加，但当Z>10^（-3）Zsolar时，到z=5时仅达到~1%。CIV是IGM金属在z~5-6的理想示踪剂，其整体电离分数下降到更高或更低的红移。这导致从z=8->5强烈增加的全局Ω（C IV），与其从z=5->2的相对恒定性相反。我们的模拟不支持广泛的早期IGM富集，例如Pop III星。高z吸收体产生于金属第一次从星系向外的旅程，距离小于50 kpc。负责早期IGM富集的星系…
2009-03-12 astro-ph.CO
