Lyman-$α$ Forest Constraint on Dark Matter from Dark Sector Decay
School of Physics, East China University of Science and Technology（华东理工大学物理学院）；School of Physics and Astronomy, Sun Yat-sen University (Zhuhai Campus)（中山大学珠海校区物理与天文学院）
通过Lyman-α森林观测研究暗物质从暗部门衰变的约束，结合大爆炸核合成数据，限制亚GeV暗物质质量，排除轻于10^-1 GeV的可能。
2026-07-20 astro-ph.CO hep-ph
Decaying Dark Matter and Lyman-$α$ forest constraints
衰变冷暗物质（DCDM）是目前正在研究的一个模型，主要涉及宇宙微波背景（CMB）和某些大尺度结构测量之间的$S_8$张力。衰变为一个大质量粒子和一个（或多个）无质量子粒子导致晚期宇宙中功率谱的抑制，这取决于母粒子和大质量子粒子之间的相对质量分裂$ε=(1-m^2/M^2)/2$以及寿命$τ$。在这项工作中，我们调查的BOSS DR 14一维莱曼- $α$森林通量功率谱的DCDM模型使用保守的有效模型的方法来解释天体物理的不确定性的影响。由于抑制的功率谱，由于衰变建立在低红移，我们发现，在参数空间中的区域，解决$S_8$张力可以很好地兼容的莱曼- $α$森林。然而，对于简并参数$ε\sim 0.1-0.5\%$的值，其中的功率抑制发生在由BOSS莱曼$α$数据探测的尺度内，我们发现改进的约束相比，以前的CMB和星系聚类分析，获得小质量分裂的$τ\gtrsim 18$陀螺仪。此外，我们的分析的BOSS莱曼- $α$通量功率谱允许值$τ\sim 10^2$陀螺仪，$ε\sim 1\%$，已被发现是首选的组合普朗克和星系团的数据与KiDS之前的$S_8$，我们甚至发现一个边际偏好在这一制度。
2022-10-12 astro-ph.CO hep-ph
First Detection of Cosmic Microwave Background Lensing and Lyman-α Forest Bispectrum
我们提出的第一个检测莱曼- $α$森林和宇宙微波背景（CMB）透镜之间的相关性。对于SDSS-III/BOSS DR 12中的每个Lyman- $α$森林，我们将一维功率谱与来自普朗克的相同视线上的CMB透镜会聚相关联。这种测量构成了一个位置相关的功率谱，或压缩双谱，并量化的莱曼- $α$森林功率谱的非线性响应的大规模的过密度。在5-$σ$处测量信号，并且与$Λ$ CDM预期一致。我们测量莱曼- $α$森林相对于暗物质分布的线性偏差，并约束包括非线性偏差的非线性项的组合。这个新的观测结果为莱曼- $α$森林作为大尺度结构探测器提供了一致性检查，并测试了我们对星系际气体和暗物质之间关系的理解。将来，它可用于测试流体动力学模拟并校准Lyman- $α$森林与暗物质之间的关系。
2016-10-13 astro-ph.CO
Constraints on dark photon dark matter from Lyman-$α$ forest simulations and an ultra-high signal-to-noise quasar spectrum
本研究通过对比宇宙学流体动力学模拟的合成Lyman-$α$森林数据与超高信噪比类星体光谱观测数据，利用新型通量归一化技术对暗光子暗物质的动力学混合参数施加了稳健限制，并证明该模型能调和模拟与观测的Doppler参数分布，为探索新物理开辟了新途径。
2025-04-03 astro-ph.CO hep-ph
Lyman-alpha forest tomography and cross-correlation with cosmic voids
莱曼-α森林是研究高红移（z > 2）下大尺度物质密度涨落的独特探测器。使用层析重建方法，可以从莱曼α数据获得物质分布的3D图。在这里，我们展示了由条纹82场中的SDSS-IV类星体光谱得到的莱曼α森林覆盖的Gpc ^3体积上z > 2时物质涨落的最大层析成像图。我们提出了一个目录的高红移空洞从这个地图。这些空隙和莱曼-α森林之间的互相关的测量提供了第一次观察到的物质速度流周围的空隙，通过RSD效应，在这样高的红移。该数据与模拟结果吻合良好，并与线性Kaiser速度模型进行了很好的调整。
2022-03-15 astro-ph.CO
Effective Field Theory Constraints on Primordial Black Holes from the High-Redshift Lyman-$α$ Forest
本研究利用有效场论分析高红移莱曼-$α$森林数据，从第一性原理预测涨落，推导出原初黑洞暗物质丰度的新约束，排除了质量在$10^{4}-10^{16} M_{\odot}$且占比$f_{\text{PBH}} \gtrsim 10^{-3}$的群族，为大质量PBH提供了领先限制。
2025-11-03 astro-ph.CO hep-ph
Strongest constraints on dark acoustic oscillations from the Lyman-alpha forest
University of Toronto（多伦多大学）；University of Wisconsin, Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；King’s College London（伦敦国王学院）；Imperial College London（帝国理工学院）；Stony Brook University（石溪大学）；University of California, San Diego（加州大学圣地亚哥分校）
利用莱曼α森林的全正向模型，首次对暗物质线性功率谱中的小尺度暗声振荡（DAO）施加约束，表明若DAO峰值波数<50 h Mpc^{-1}，则暗物质中最多30%可形成DAO（95%置信水平），探测尺度比宇宙微波背景小25倍。
2026-06-26 astro-ph.CO hep-ph
Hints of dark photon dark matter from observations and hydrodynamical simulations of the low-redshift Lyman-$α$ forest
本研究针对低红移Lyman-α森林观测与模拟的加热差异问题，首次开展含暗光子加热的流体动力学模拟，发现特定参数的暗光子可解释该加热需求，并预测高红移低密度气体的非标准热历史，为暗光子暗物质研究提供线索。
2022-06-27 astro-ph.CO hep-ph
Constraining the second half of reionization with the Lyman-$β$ forest
我们提出了一个分析的演变莱曼系列森林到时代的再电离宇宙学辐射转移模拟的情况下，再电离结束晚。我们探讨模型与不同的中点的再电离和气体温度。我们发现，一旦模拟已被校准，以匹配观测到的莱曼- $α$森林在$4 < z < 6$的平均通量，他们也自然地再现分布的有效光学深度的莱曼- $β$森林在这个红移范围。我们注意到，最难匹配的最大光学深度的尾部对应于ULAS J 0148 +0600的长吸收谷，我们之前在模拟中已经证明了这一点。我们认为，莱曼系列森林的发展到更高的红移，并表明，未来的观测莱曼- $β$森林在$z>6$将区分不同的再电离历史。Lyman- $α$和Lyman- $γ$森林的演化作为将再电离研究推向更高红移的工具，分别由于更强的饱和度和前景污染而不太有希望。
2020-06-29 astro-ph.CO astro-ph.GA
Neutrino Signatures on the High Transmission Regions of the Lyman-alpha Forest
我们量化的影响，大量的中微子在星系际介质（IGM）的低密度区的统计探测的莱曼α森林在红移z=2.2--4。基于冷暗物质、重子和中微子的流体动力学模拟提取的模拟但真实的类星体（QSO）光谱，我们发现，在高透射率下的Lyman-alpha通量区采样的弱Lyman-alpha吸收特征的概率分布强烈地受到大质量中微子的影响。我们表明，系统误差影响莱曼α森林减少，但不消除中微子信号。利用Fisher矩阵理论，我们得出结论：用本文提出的方法可以用200个高分辨率（S/N~100）类星体谱测量中微子质量之和，测量精度小于0.4eV。这个数字减少到0.27 eV，通过合理的先验利用其他参数，也影响统计的高传递性区域的莱曼α森林。用这种方法得到的约束条件可以与来自CMB、大尺度结构和来自莱曼α森林的物质功率谱测量的独立边界相结合，以产生更严格的中微子质量总和的上限。
2013-03-12 astro-ph.CO
Mean-flux Regulated PCA Continuum Fitting of SDSS Lyman-alpha Forest Spectra
连续统拟合是莱曼α森林科学的一个重要方面，因为估计的光学深度的误差与分数连续统误差成比例。然而，在有噪声的中等分辨率光谱（S/N < 10 pixel^-1，R ~ 2000，如SDSS）中，使用幂律外推法或平均光谱来估计连续谱的传统方法，其RMS精度不超过~ 10-15%。为了改善这一点，我们引入平均流量调节/主成分分析（MF-PCA）连续拟合。在这种技术中，PCA拟合进行redwards类星体莱曼α线，以提供一个预测的形状莱曼α森林连续。这个连续预测的斜率和幅度，然后使用外部约束莱曼α森林平均通量进行校正。通过对模拟光谱的测试，我们发现MF-PCA在S/N ~ 2光谱中将误差降低到8%RMS，在S/N > 5的光谱中将误差降低到5%RMS。与除以平均连续谱相比，连续谱中的残余傅立叶功率降低了几个因子，使得莱曼α通量功率谱测量能够扩展到约2倍的更大尺度。使用这种新技术，我们为SDSS DR 7中的12，069 z>2.3 Lyman-alpha森林光谱提供了连续拟合，供社区使用。这项技术也适用于正在进行的BOSS调查的未来发布，该调查正在获得低信噪比（S/N ~ 2）下约150，000个莱曼α森林光谱的光谱。
2011-08-30 astro-ph.CO
A Multi-Fidelity Emulator for the Lyman-$α$ Forest Flux Power Spectrum
在这项工作中，我们扩展了我们最近开发的多保真度仿真技术的模拟莱曼- $α$森林通量功率谱。多保真度仿真允许使用许多便宜的低保真度仿真和一些昂贵的高保真仿真在宇宙学参数之间插值仿真输出。使用一个测试套件的小盒子（30兆秒/小时）的模拟，我们表明，多保真度仿真是能够很好地再现莱曼- $α$森林通量功率谱，达到平均精度相比，测试套件的$0.8\%$。我们进一步表明，它有一个大大增加的精度比单保真度仿真器，只使用高或低保真度的模拟。特别是，它允许现有的模拟套件扩展到更小的尺度和更高的红移。
2022-10-24 astro-ph.CO
Don't miss the forest for the trees: the Lyman alpha forest power spectrum in effective field theory
Center for Theoretical Physics, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院理论物理中心）
本文推导了单圈阶宇宙学莱曼阿尔法森林功率谱的有效场论，通过指数映射与可重整化条件验证了其与视线依赖偏置模型的等价性，推广FFTLog方法计算单圈积分，并在Sherwood模拟中实现亚百分比精度的拟合，适用于全形状宇宙学分析。
2026-10-21 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Constraining the temperature-density relation of the intergalactic medium with the Lyman-$α$ and $β$ forests
星系际介质再电离后的热状态的特征在于温度和密度之间的幂律关系，其斜率由参数$γ$确定。我们描述了一种新的方法来测量$γ$在莱曼- $α$和$β$森林中使用的通量曲率的比率。在给定的红移下，这个曲率比包含了由莱曼- $α$和$β$吸收追踪的不同气体密度的信息。它是相对简单和快速计算，并出现对几个观测不确定性的鲁棒性。我们将这种技术应用到一个样本的27个高分辨率的类星体光谱从甚大望远镜。虽然有前途的统计误差$γ$似乎是可以实现的这些光谱，以达到其全部潜力，在前景莱曼- $α$森林的气体的热状态的曲率比的依赖性将需要进一步的，详细的正演模拟。
2015-11-07 astro-ph.CO
Weak lensing of the Lyman-alpha forest
类星体的角位置被前景物质的引力透镜效应偏转。因此，在这些类星体的光谱中看到的莱曼α森林也是透镜状的。我们建议，森林的弱引力透镜的签名可以测量使用类似的技术，已被应用于透镜宇宙微波背景，也已被提议应用于光谱数据从21厘米射电望远镜。与21厘米数据一样，森林具有光谱信息的优势，可能会产生许多不同红移的透镜“切片”。我们进行了一个说明性的理想化测试，生成一个高分辨率的角网格的类星体（弧分分离的顺序），并使用前景密度场在红移z = 2 - 3的莱曼-阿尔法森林光谱透镜。我们发现，标准的二次估计可以用来重建图像的前景质量分布在z~1。目前存在大量来自类星体和星系光谱调查的Lya森林数据，预计未来会有较小的视线分离。莱曼-α森林透镜效应对介于CMB透镜效应和星系切变效应之间的红移处的前景质量分布很敏感，避免了与后者相关的形状测量困难。随着质量重建技术的进一步完善和应用，高红移Lya森林的弱引力透镜可能成为一个有用的新宇宙学探测器。
2017-06-23 astro-ph.CO
The broadening of Lyman-alpha forest absorption lines
我们提供了一个分析描述的线增宽的HI吸收体在莱曼α森林多普勒展宽和金斯平滑。我们证明，我们的关系捕获的线宽列密度的依赖关系，在z~3模拟光谱中的窄线非常好。当底层密度结构更加复杂时，给定列密度下的宽线就会出现，而我们的模型无法捕捉到这种聚集。我们对谱线展宽的理解为研究星系际介质的热状态和确定吸收结构的大小开辟了新的途径。
2015-03-06 astro-ph.CO
The large-scale cross-correlation of Damped Lyman Alpha Systems with the Lyman Alpha Forest: First Measurements from BOSS
利用重子振荡光谱巡天（BOSS）第9次数据发布，我们首次测量了莱曼α森林吸收和阻尼莱曼α系统（DLA）的大尺度互相关。在40 Mpc/h的尺度上可以清楚地检测到互相关，并且与标准冷暗物质结构形成模型的线性理论预测很好地拟合，并具有预期的红移失真，证实了其起源于结构的引力演化。一旦从独立的莱曼α森林相关性测量已知莱曼α森林偏差因子，DLA-Lyman α互相关的幅度仅取决于一个自由参数，即DLA系统的偏差因子。我们测得DLA偏置因子为b_D =（2.17 +/- 0.20）beta_F^{0.22}，其中莱曼α森林红移失真参数beta_F预期大于1。该偏差因子意味着DLA的典型宿主晕质量比当前DLA模型中预期的大得多，并且如果DLA截面与晕质量按M_h^alpha缩放，则重现该偏差因子，其中对于beta_F=1，alpha= 1.1 +/- 0.1。要使观测到的DLA偏置因子和入射率相匹配，就需要原子气体在大质量晕中的扩展面积比目前星系形成模拟中预测的要大，在质量约为10^12太阳质量的主晕中，典型的DLA适当尺寸大于20 kpc。我们推断z ~ 2到3的典型星系被原子云系统所包围，这些原子云比星系的发光部分延伸得多，并且包含宿主晕中~ 10%的重子。
2012-12-02 astro-ph.CO
Probing Time-Dependent Dark Energy with the Flux Power Spectrum of the Lyman $α$ Forest
我们提出了新的模拟的通量功率谱的莱曼$α$森林作为一种手段，调查的影响，随时间变化的暗能量的结构形成。我们使用线性化的参数化的时间依赖性的暗能量状态方程和采样的参数（$w_0,w_a$）从允许的观测值的极值确定的普朗克结果。每个选定的（$w_0,w_a$）对，然后在一个高分辨率，大规模的宇宙学模拟运行与修改版本的公开可用的SPH代码{ \tt GADGET-2}。从这些模拟中的每一个，我们提取合成莱曼$α$森林光谱和计算的通量功率谱。我们使用k样本Anderson-Darling检验来分析暗能量对Lyman $α$森林的影响。我们比较每个暗能量功率谱，由于一个宇宙学常数功率谱。然而，我们发现，只有一个边际效应的选择允许的暗能量模型上的通量功率谱。
2018-12-07 astro-ph.CO
The Lyman-alpha Forest as a tool for disentangling non-Gaussianities
对原始非高斯性的探测将为我们提供暴胀物理学的前所未有的细节。随着观测探测器正在探索暴胀景观的新扩展，区分和理清f_NL之外的各种非高斯性的影响至关重要。在这项工作中，我们计算的非高斯参数的f_NL和g_NL，对莱曼α森林通量测量的影响。我们给出了由f_NL和g_NL引起的偏差的表达式，它可以从透射光通量的精确测量中推导出来。我们展示了如何通过通量变换来清晰地解开这两种效应，这也可以检查错误。
2014-10-15 astro-ph.CO
Forecasting the Detection of Lyman-Alpha Forest Weak Lensing from the Dark Energy Spectroscopic Instrument and Other Future Surveys
本研究将莱曼-α森林弱引力透镜方法扩展至更低源密度，基于DESI巡天模拟数据评估透镜估计器性能，发现完整DESI数据可实现信噪比约4的探测，未来更大数据集有望实现信噪比大于10的探测。
2025-01-28 astro-ph.CO
Constraints on the Thomson optical depth to the CMB from the Lyman-$α$ forest
University of Cambridge（剑桥大学）；Kavli Institute for Cosmology Cambridge（卡弗里宇宙学剑桥研究所）；University of Hertfordshire（赫特福德大学）；University of Nottingham（诺丁汉大学）
本研究首次仅用莱曼-α森林约束再电离电子光学深度，通过映射电离与热状态，获得τ_e约0.04的约束，为独立于CMB的再电离研究提供新途径。
2026-09-15 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Machine Learning Techniques for Astrophysics and Cosmology: Lyman-$α$ forest
Institut de Física d’Altes Energies (IFAE), The Barcelona Institute of Science and Technology（高能物理研究所（IFAE），巴塞罗那科学与技术研究院）
本文探讨了机器学习技术在分析里曼-α森林中的应用，重点在于克服传统方法的计算和方法学限制，通过自动化特征提取、改进恒星连续谱重建、加速流体动力学模拟仿真以及开发基于模拟的分析方法，推动宇宙学研究的发展。
2026-05-21 astro-ph.CO
Response approach to the squeezed-limit bispectrum: application to the correlation of quasar and Lyman-$α$ forest power spectrum
由非线性引力演化和暴胀物理产生的压缩极限双谱测量了三个波数的相关性，其中一个波数远小于其他两个波数。由于压缩极限双谱编码了大尺度波动对小尺度功率谱的影响，因此可以理解为小尺度功率谱如何“响应”大尺度波动。这样，即使在不进行微扰处理的情况下，也可以用响应法计算压缩极限双谱。为了说明这一点，我们将这种方法应用到大尺度类星体密度场和小尺度Lyman- $α$森林通量功率谱之间的互相关。特别是，使用单独的宇宙模拟实现的大尺度密度，速度梯度，和原始功率谱振幅的变化，我们测量如何莱曼- $α$森林通量功率谱响应本地，长波长类星体的过密度，相当于他们的压缩极限双谱。我们执行Fisher预测的能力，未来的实验，以约束当地的非高斯性使用的类星体的双谱和莱曼- $α$森林。结合类星体和$α$森林功率谱来约束偏差，我们发现对于DESI，期望的$1-σ$约束是${\rm err}[f_{\rm NL}]\sim60$ . DESI通过该通道测量$f_{\rm NL}$的能力主要受到Lyman- $α$森林通量功率谱的混叠和仪器噪声的限制。响应方法和分离论域模拟的结合提供了一种新的技术来探索不同观测量之间的压缩极限双谱的约束。
2017-06-05 astro-ph.CO
Probing Large Scale Ionizing Background Fluctuation with Lyman $α$ Forest and Galaxy Cross-correlation at z=2.4
在大尺度上，总银河系紫外背景（UVB）的振幅受两个因素的影响。首先，由于中性星系际介质的吸收，它在比UVB光子的平均自由程大的尺度上自然衰减。第二，宇宙中存在着离散的、稀有的电离源，它们发射出UVB光子，从而增强了局部的UVB振幅。因此，对于像Lyman- $α$森林谱这样对UVB振幅敏感的宇宙学探测器来说，电离源成簇引起的涨落是影响Lyman- $α$通量传输的重要因素，并在这些大尺度下的Lyman- $α$通量功率谱上留下印记。在这项工作中，我们利用的辐射转移模型，参数化的UVB源分布的偏置$b_{\rm j}$和散粒噪声$\overline{n}_{\rm j}$。以DESI Lyman-$α$森林巡天和罗马空间望远镜发射线星系巡天为例，通过Lyman- $α$森林巡天和星系巡天的互相关估计了该模型的约束条件。我们显示了检测灵敏度的改善UVB参数从不相交的DESI+罗马调查策略的最大重叠。我们还表明，两个电离源参数的简并可以打破通过增加重叠的调查面积。我们的研究结果激励调查策略更致力于探测UVB的大规模波动。
2023-01-18 astro-ph.CO
Small-scale structure and the Lyman-$α$ forest baryon acoustic oscillation feature
莱曼- $α$森林中的重子声学振荡（BAO）特征是在红移z~2.5时宇宙膨胀率的关键探测之一，而这一时间远在暗能量被认为具有动力学意义之前。BAO作为标准标尺的一个关键优势是它是一个尖锐的特征，因此比其他宇宙学探测器更能抵抗宽带系统效应。然而，如果莱曼- $α$森林传输对重子相对于暗物质的初始流动速度敏感，那么BAO峰位置可以移动。在这里，我们研究这种敏感性，使用一套流体动力学模拟的小区域的星系际介质的范围内的盒子大小和物理假设;每个模拟从运动解耦时期（z~1059）的初始条件开始，经历从中性气体到再电离时的电离气体热演化的离散变化（z~8），最后处理成$α$森林透射通量立方体。流动速度抑制小尺度结构，导致再电离后较不剧烈的弛豫。在低红移处，由于电离相的温度演化是收敛的，气体分布和温度-密度关系的变化更为微妙。在BAO规模的变化估计为0.12%的顺序在z=2.5，一些主要的不确定性和未来的改进途径进行了讨论。对于即将进行的DESI Lyman- $α$森林调查，预测的流速度变化将是次显性但不可忽略的影响（$0.26σ$级），并且超过宇宙方差下限。希望这项研究将激励更多的理论工作的幅度的BAO转变，无论是在莱曼- $α$森林和其他示踪剂的大尺度结构。
2017-10-31 astro-ph.CO
The large-scale Quasar-Lyman α Forest Cross-Correlation from BOSS
利用重子振荡光谱巡天（BOSS）第9次数据发布（DR 9）中的60000个类星体光谱，测量了类星体在红移空间中与莱曼α森林吸收的大尺度互相关.在很宽的尺度范围内检测到互相关，高达80 Mpc/h的共动分离r。当r > 15 Mpc/h时，我们证明了标准ΛCDM模型中类星体主晕周围的平均过密度的互相关与线性理论预测很好地拟合，并且在高置信度下检测到了指示引力演化的红移畸变。利用之前从莱曼α自相关得到的莱曼α森林偏差因子的测定结果，我们推断类星体的偏差因子在平均红移z=2.38时为b_q = 3.64^+0.13_-0.15，与之前从类星体自相关得到的测量结果一致。我们还得到了莱曼α森林红移畸变因子的一个新估计，β F = 1.1 +/-0.15，比莱曼α森林自相关测量值稍大，但与之一致。我们使用的简单线性模型在分离度r < 15 Mpc/h时失效，我们表明这可能是由于类星体辐射引起的电离增强所致。我们还提供了预期的修正，类星体周围的质量过密度意味着从视线邻近效应的电离辐射背景的测量。
2013-09-02 astro-ph.CO
The Importance of Quantum Pressure of Fuzzy Dark Matter on Lyman-Alpha Forest
根据最近来自BOSS和XQ-100的莱曼α森林数据，一些研究表明模糊暗物质（FDM）粒子的质量下限被提升到$10^{-21}\,\mathrm{eV}$。然而，这样的限制是由$Λ$ CDM模拟与FDM初始条件和量子压力（QP）没有考虑，这可能会产生非平凡的影响，在大尺度结构。我们系统地研究了宇宙学模拟中的QP效应，发现QP效应进一步抑制了小尺度下的物质功率谱，同时也抑制了低质量端的晕质量函数.我们估计了QP对Lyman-alpha森林一维通量功率谱的抑制作用，并与BOSS和XQ-100的数据进行了比较。讨论了通量功率谱模型计算中热气体性质的粗糙不确定性。我们的结论是，更系统的研究，特别是与QP考虑，是必要的，以限制FDM粒子质量使用莱曼α森林。
2018-08-12 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Bayesian methods for fitting Baryon Acoustic Oscillations in the Lyman-$α$ forest
研究并比较了Lyman- $α$（Ly $α$）森林三维关联函数的拟合方法。我们使用嵌套采样PolyChord和社区代码picca进行贝叶斯分析，我们与以前的频率分析比较。通过研究合成的关联函数，我们发现，频率的轮廓可能性产生的结果与一个完整的贝叶斯分析。另一方面，不确定性的高斯近似的极大似然估计对于当前的数据集是不够的。我们计算的第一次完整的后验分布从Ly $α$森林关联函数测量的扩展重子振荡光谱调查（eBOSS）。我们强调了通过扩展基线分析对全后验分布进行采样的好处，以更好地了解阻尼赖氨酸$α$系统（DLAs）的污染。我们将我们的改进和结果作为picca包的一部分公开。
2020-07-27 astro-ph.CO
Noise Estimates for Measurements of Weak Lensing from the Lyman-alpha Forest
我们提出了一种方法来测量弱透镜使用莱曼α森林。在这里，我们估计的噪声预期在弱透镜映射和功率谱不同的观测参数。我们发现，调查的规模和质量正在做的今天和计划的未来将能够测量的透镜功率谱在源红移z~2.5的高精度，甚至能够成像的前景物质的分布度尺度上的高保真度。例如，我们预测，从暗能量光谱仪器调查莱曼α森林透镜测量应产生的质量波动幅度的统计误差为1.5%。通过将红移范围分成多个仓，一些层析成像透镜信息也应该是可访问的。这将允许在比星系切变巡天更高的红移下进行宇宙透镜测量，并相应地更好地约束相对早期的暗能量演化。
2017-06-27 astro-ph.CO
Diagnosing galactic feedback with the line broadening in the low redshift Lyman-alpha forest
我们比较了低红移（z ~ 0.1）莱曼α森林流体动力学模拟的数据从宇宙起源光谱仪（COS）。我们发现之间的紧张关系的观察到的线的数量与b-参数在25-45公里/秒的范围内，并从模拟的预测，无论是积极的反馈活动星系核或完全排除反馈。这些模拟中的气体分别是太热而不能促进莱曼-α吸收或太冷而不能产生所需的线宽。因此，匹配所观察到的b-参数分布需要反馈过程，该反馈过程在没有碰撞（过度）电离氢的情况下热或有害地加宽吸收特征。这表明莱曼α森林b参数分布是一个有价值的诊断星系反馈在低红移宇宙。我们进一步证实，低红移莱曼α森林柱密度分布可以通过紫外背景更好地再现，HI光电离率比Haardt & Madau（2012）预测的高1.5-3倍。
2017-03-20 astro-ph.CO astro-ph.GA
Probing the Epoch of Reionization with the Lyman Alpha Forest at z~4-5
不均匀的宇宙学再电离过程在z=4-5的星系际介质中留下了有形的印记。莱曼α森林通量功率谱提供了一个潜在的强大的探测时代的再电离。利用现有的SDSS I/II类星体样品，在没有其他物理过程影响Lyman α通量功率谱的情况下，利用z=4.5 ± 0.5处的Lyman α森林吸收谱，可以在~7 σ水平上区分两种宇宙学再电离方案，一种在z=6处完成再电离，另一种在z=9处完成再电离.红移范围z=4-5可能提供最好的窗口，因为仍然有足够的透射通量和类星体来测量通量波动的精确统计，并且IGM仍然保留了大量的再电离记忆。
2009-07-09 astro-ph.CO astro-ph.GA
Post-inflationary axion constraints from the Lyman-$α$ forest
University of Cambridge（剑桥大学）；KICC - Kavli Institute for Cosmology Cambridge（卡弗里宇宙学剑桥研究所）；University of Hertfordshire（赫特福德大学）；SISSA - International School for Advanced Studies（国际高等研究院）；IFPU, Institute for Fundamental Physics of the Universe（宇宙基础物理研究所）；INFN, Sezione di Trieste（意大利国家核物理研究所的里雅斯特分部）；INAF - Osservatorio Astronomico di Trieste（意大利国家天体物理研究所的里雅斯特天文台）；University of Nottingham（诺丁汉大学）
利用里曼-α森林数据对轴子的等幅扰动分数进行约束，发现轴子质量下限为 $1.73 \times 10^{-18}$eV，并优于其他红移范围的观测结果。
2026-03-04 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Searching for Parity Violation in SDSS DR16 Lyman-α Forest Data
本文利用SDSS DR16莱曼-α森林数据，通过四点相关函数检验统计宇称不变性，重点处理协方差矩阵估计问题，最终未发现宇称破坏证据。
2024-10-17 astro-ph.CO
Deep Forest: Neural Network reconstruction of the Lyman-alpha forest
我们探索使用深度学习来从莱曼-阿尔法森林中可观测的透射通量推断物理量。我们训练一个神经网络使用红移z=3输出宇宙流体动力学模拟和模拟数据集构建从他们。我们评估如何训练网络能够重建莱曼α森林吸收的光学深度从嘈杂的，往往饱和的传输通量数据。神经网络优于包括对数反演和样条插值的替代重建方法，在光学深度均方根误差方面约为2倍。我们发现没有显着的依赖性，在输入数据的信噪比的改善，虽然增益是最大的高光学深度区域。这里研究的莱曼-阿尔法森林光学深度是一个简单的一维例子，但是使用深度学习和模拟来解决宇宙学中的逆问题可以扩展到其他物理量和更高维的数据。
2021-09-05 astro-ph.CO physics.data-an
Baryon Acoustic Oscillations in the Lyman Alpha Forest
我们利用流体动力学宇宙学模拟方法，在一个体积为600 Mpc ^3的星系际介质中研究了莱曼α森林（LAF）吸收探测的星系际介质中重子声学振荡（BAO）的可观测性。BAO模式的波长（~150 Mpc）和LAF吸收体的尺寸（~100 kpc）之间的大尺度分离使得这是一个数值上具有挑战性的问题。我们报告了几个2048^3模拟的LAF使用ENZO代码。我们采用WMAP 5协和宇宙学参数和包含BAO扰动的功率谱。随机生成5000个穿透盒面的合成HI吸收线光谱。我们计算了相距甚远的两个粒子对之间的交叉关联函数.我们在z=3处检测到BAO信号，其中理论预测中等统计显著性。
2009-08-06 astro-ph.CO
One-dimensional power spectrum from first DESI Lyman-α forest
本文利用DESI首批类星体光谱数据，通过快速傅里叶变换估计器测量一维莱曼α森林功率谱，并处理仪器污染与系统误差，为约束原初功率谱、中微子质量和暗物质性质奠定基础。
2024-05-06 astro-ph.CO
The Lyman-alpha forest in f(R) modified gravity
在这项工作中，我们分析了Lyman- $α$森林在宇宙学流体动力学模拟的变色龙型f（R）引力的目标，以评估这种模型的影响是否是可检测的吸收线统计。我们进行了一组流体动力学模拟与宇宙学模拟程序MG-GADGET，包括恒星形成和冷却的影响，并创建合成莱曼- $α$吸收光谱的模拟输出。我们统计比较模拟与f（R）和普通的广义相对论，侧重于通量概率分布函数（PDF）和通量功率谱，列密度和线宽分布的分析，以及物质功率谱。我们发现f（R）引力对Lyman- $α$森林的影响相当小.即使是对引力有很强修正的模型，如$|\bar{f}_{R0}| = 10^{-4}$，对莱曼- $α$统计性质的改变也不会超过10%。列密度和线宽分布几乎不受影响。因此，不可能使用当前的观测数据获得背景场$f_R$的竞争约束。为了在未来实现这一点，需要对观测中的系统学有更好的理解，并对重子/辐射物理学进行更精确的建模。我们的结果中f（R）对物质功率谱的影响与以前的工作是一致的。
2014-11-10 astro-ph.CO
Simulating the effect of high column density absorbers on the one-dimensional Lyman-alpha forest flux power spectrum
我们测量的效果，高柱密度吸收系统的中性氢（HI）的一维（1D）莱曼α森林通量功率谱使用宇宙流体动力学模拟从Illustris项目。高柱密度吸收体（我们定义为具有HI柱密度$N(\mathrm{HI}) > 1.6 \times 10^{17}\,\mathrm{atoms}\,\mathrm{cm}^{-2}$的吸收体）导致具有特征阻尼翼的加宽吸收线。这些阻尼翼通过使类星体光谱中的吸收远离吸收体本身的位置来使1D莱曼-阿尔法森林通量功率谱发生偏差。我们调查的影响，高柱密度吸收莱曼α森林使用流体动力学模拟的第一次。我们提供模板作为柱密度和红移的函数，允许灵活地精确建模残留污染，即，如果分析选择性地剪掉最大阻尼的机翼。这种灵活性将改善宇宙学参数估计，例如，允许更精确地测量功率谱的形状，并对包含大质量中微子的宇宙学模型或光谱指数的运行产生影响。我们提供拟合函数来重现这些结果，以便它们可以直接纳入数据分析管道。
2018-01-09 astro-ph.CO
Gravitational Lensing as Signal and Noise in Lyman-alpha Forest Measurements
在莱曼α森林测量中，通常假设类星体只是与森林不相关的背景光源。类星体的引力透镜违背了这一假设。这种效应会导致测量偏差，但更有趣的是，它提供了一个有价值的信号。透镜信号可以通过将类星体幅度与通量功率谱和通量减量相关联来提取。这些相关性将是具有挑战性的测量，但它们的检测提供了一个直接的措施，如何在莱曼α森林跟踪潜在的质量密度场的功能。观测它们将检验一个基本假设，即森林中的波动主要是由质量波动驱动的，而不是电离背景、氦再电离或风。我们讨论了如何从其他来源的这种相关性，包括灰尘，连续和背景残差的透镜信号解开。透镜效应引起的测量偏差来自于样本选择：人们优先收集过密区域后面的放大类星体的光谱。对于通量功率谱、光学厚度和通量概率分布，该测量偏差为~0.1-1%。由于这种效应是系统性的，因此，对通量功率谱的振幅等跨尺度平均值的解释应谨慎。
2010-10-05 astro-ph.CO
Weak Lensing Measurements from the Lyman-$α$ Forest
Physics Department, Brookhaven National Laboratory（布鲁克海文国家实验室物理系）
利用DESI和BOSS数据构建二次估计量投影到偏折模板，测量莱曼-$\alpha$ 森林弱透镜振幅，结果为 $A_L=0.62\pm0.33$，与预测和无透镜均一致。
2026-09-30 astro-ph.CO
Sample variance and Lyman-alpha forest transmission statistics
我们比较了观测到的概率分布函数的传输在\HI \莱曼α森林，测量UVES '大计划'样本在红移z=[2，2.5，3]，从GIMIC宇宙学模拟的结果。我们的测量值的平均传输和PDF是在良好的协议与公布的结果。从高分辨率数据测量的统计数据的误差通常是估计使用引导或刀切重新分配技术后，分裂成块的光谱。我们证明，这些方法往往会低估样本方差，除非块的大小是比通常的情况下大得多。因此，我们从模拟中估计样本方差。我们的结论是，观察到的和模拟的传输统计是在很好的协议，特别是，我们不需要的温度-密度关系被“倒置”。
2012-09-23 astro-ph.CO
Lyman-alpha Forest Tomography of the z>2 Cosmic Web
氢Ly $α$森林是$z>2$宇宙的重要探测器，否则用星系红移测量观测是具有挑战性的，但这种技术传统上仅限于明亮类星体前的一维研究。然而，通过使用8- 10米的大型望远镜推到微弱的星等（$g>23$），就有可能利用高红移恒星形成星系的高面积密度来创建前景中大尺度结构的3D断层摄影图。我描述了使用这种技术的第一个试点观测，以及讨论未来的调查和由此产生的星系演化和宇宙学的科学可能性。
2014-10-21 astro-ph.CO
Predictions for BAO distance estimates from the cross-correlation of the Lyman-alpha forest and redshifted 21-cm emission
本文研究了利用莱曼α森林和红移21厘米辐射的互相关探测重子声学振荡（BAO）的可能性。标准的Fisher矩阵形式主义是用来确定的准确性，它将有可能使用这个信号来测量宇宙学距离。早期的预测表明，将有可能在z=2.5处从BOSS莱曼-α森林自相关测量具有1.9%准确度的膨胀因子D_V。在本文中，我们调查，如果它是可能的，以提高精度使用互相关。我们使用一个简单的参数化的莱曼α森林调查，非常松散地匹配BOSS的一些属性，并预测三角洲D_V/D_V = 2.0%的自相关在z=2.5。对于红移的21厘米观测，我们考虑分布尺寸为2 m * 2 m的单个天线，以便对250 m内的基线进行均匀采样。假设观测范围z=2到3，覆盖BOSS的10，000 deg^2天空覆盖范围。我们发现，对于2年的观察与阵列的2,000个天线，互相关是1.7倍以上的灵敏度比莱曼α森林自相关。如果我们有4,000个天线和4年的观测，互相关的灵敏度是自相关的2.7倍。总之，我们发现，它是可能的，以显着增加的距离估计的准确性，通过考虑互相关信号。
2013-08-12 astro-ph.CO
Modeling the Lyman-alpha Forest in Collisionless Simulations
宇宙流体动力学模拟可以准确地预测星系际介质的性质，但必须在保持高空间分辨率的条件下，以解决密度波动的星系际介质（IGM）。这种分辨率限制禁止模拟大体积，例如BOSS和未来调查（如DESI和4 MOST）探测的体积。为了克服这一限制，我们提出了迭代匹配统计（IMS），一种新的方法来准确地模拟莱曼α森林与无碰撞N体模拟，其中相关的密度波动是未解决的。我们使用一个小盒子，高分辨率的流体动力学模拟获得的概率分布函数（PDF）和功率谱的实空间莱曼α森林通量。这两个统计迭代映射到一个伪通量场的N体模拟，我们从物质密度构造。我们证明，我们的方法可以完美地再现视线可观的，如PDF和功率谱，并准确地再现三维通量功率谱（5-20%）。我们量化了常用的高斯平滑技术的性能，并表明它具有显着较低的准确性（20-80%），特别是对于N体模拟与可实现的平均粒子间的分离，在大容量的模拟。此外，我们表明，IMS产生合理和平滑的光谱，使其成为一个强大的工具，在大型宇宙学卷的IGM建模和生产逼真的“模拟”天空莱曼α森林调查。
2016-02-25 astro-ph.CO
The kinetic temperature in a damped Lyman-alpha absorption system in Q2206-199 - an example of the warm neutral medium
通过比较Q2206-199光谱中红移z=2.076的单组分阻尼莱曼α吸收系统中OI、Si Ⅱ和Fe Ⅱ的吸收线宽度，我们确定这些吸收线产生于~12000 +/-3000K的暖中性介质气体中。这与星系中暖中性介质的热平衡模型估计值~ 8000 K是一致的，但与存在显著的冷成分不一致。这也与该系统中不存在CII* 精细结构吸收一致，但不是必需的。一些可能的影响有关的丰度估计在窄线WNM吸收进行了讨论。
2012-02-14 astro-ph.CO astro-ph.GA
Generating mock data sets for large-scale Lyman-α forest correlation measurements
对高红移类星体的大量光谱观测产生了大量相关的莱曼α吸收光谱，这些光谱可以用来测量大尺度结构。需要对这些勘测进行模拟，以准确地解释相关性的测量结果并校正系统误差。提出了一种有效的生成莱曼α森林调查模拟实现的方法，该方法只在调查源的视线上生成一个场，而不必在整个三维调查体积上生成场。该方法可以被校准，以重现的功率谱和一点分布函数的透射通量的分数，以及这些量的红移的演变，并且很容易用于建模任何调查系统的影响。我们提出了一个例子，这些模拟调查是如何应用到预测的测量误差，在一个调查与类似的参数在SDSS-III的BOSS类星体调查。
2011-12-08 astro-ph.CO
Large-scale 3D mapping of the intergalactic medium using the Lyman Alpha Forest
用莱曼α森林可以绘制出红移为2-4的宇宙大尺度结构图，它是对低红移星系巡天的补充。我们应用Caucci等人的Wiener插值方法，从宇宙流体动力学模拟中获得的Lyman-alpha森林光谱集构建三维地图。我们模仿一些当前和未来的类星体红移调查（BOSS，eBOSS和MS-DESI）通过选择类似的视线密度。我们使用这些适当的子集的莱曼-α吸收视线重建完整的三维莱曼-α通量场，并执行真实和重建的字段之间的比较。我们用自相关和互相关分析、切片图、局部峰值和逐点散射研究了星系际介质（IGM）图的全局统计性质。我们发现IGM的密度场和统计性质都得到了很好的恢复，从而得到的IGM图可以被有意义地认为是代表了与Caucci等人一致的大尺度宇宙图，在更大的规模和更稀疏的视线比以前测试。从数量上讲，对于与当前和近期观测相当的视线参数，在尺度> 30 h^-1 Mpc时，真实场和重建场之间的相关系数r > 0.9。映射的属性对所使用的协方差矩阵的精确形式相对不敏感。最终的BOSS类星体莱曼α森林样本将允许在红移1.9 ~ 2.3之间、体积约为15 h^-3 Gpc^3、分辨率约为30 h^-1 Mpc的区域内绘制出地图。
2016-02-04 astro-ph.CO
The Effect of Interstellar Absorption on Measurements of the Baryon Acoustic Peak in the Lyman-α Forest
近年来，人们利用氢Lyman-α森林的自相关性，利用BOSS巡天的数万条类星体谱，观测到了红移2 < z < 3.5的重子声峰。然而，银河系的星际介质会将吸收线引入任何河外源的光谱中。这些谱线虽然很弱，在单一BOSS光谱中无法检测到，但可能会使宇宙学信号产生偏差。为了检验这一点，我们通过叠加超过一百万个星系和类星体的光谱来生成吸收线图。我们发现，系统介绍太小，影响目前的重子声学峰值的准确性，但可能是相关的未来调查，如暗能量光谱仪（DESI）。我们概述了一种方法来解释这与未来的数据集。
2017-08-17 astro-ph.CO
Constraints on ionising photon production from the large-scale Lyman-alpha forest
最近的工作表明，z~2.5的莱曼α森林在大尺度上编码了关于星系和类星体种群的信息，这些信息使星系际介质保持光电离。我们提出了第一个预测，从当前和下一代的调查数据约束的人口。森林至少应该告诉我们，是星系还是相反的类星体主导了光子的产生。如果简并性（例如，利用光子平均自由程、小规模聚类功率归一化和潜在的其他天体物理效应）可以被先验信息打破。我们证明，当不均匀电离被正确处理时，对暗能量的约束不会降低。
2014-09-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
First measurement of the correlation between cosmic voids and the Lyman-$α$ forest
IRFU, CEA, Université Paris-Saclay（IRFU, 法国原子能和替代能源委员会, 巴黎萨克雷大学）；Université Clermont-Auvergne, CNRS, LPCA（克莱蒙奥弗涅大学, 法国国家科学研究中心, LPCA）；Aix Marseille Univ, CNRS/IN2P3, CPPM（艾克斯-马赛大学, 法国国家科学研究中心/法国粒子物理研究所, CPPM）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；University Observatory, Faculty of Physics, Ludwig-Maximilians-Universität München（慕尼黑大学物理学院天文台）
本研究首次利用Lyα森林数据测量宇宙空洞周围的大尺度物质流动，并通过线性RSD模型确定了β参数，揭示了高红移下宇宙结构增长的特征。
2026-02-11 astro-ph.CO
Lenses in the forest: cross-correlation of the Lyman-alpha flux with CMB lensing
我们提出了一个新的观测：类星体（QSO）光谱中的莱曼α通量波动和宇宙微波背景（CMB）的收敛之间的互相关测量沿同一视线的理论估计。作为评估其可检测性的第一步，我们使用线性理论估计信噪比。虽然信号噪声是小的一个单一的视线和峰值在稍小的红移比那些探测的莱曼-α森林，我们估计总的信号噪声为9的互相关类星体光谱的SDSS-III与普朗克和20的互相关与未来的偏振为基础的CMB实验。这种效应的检测将是中性氢物质互相关的直接测量，并可以提供重要的信息，在红移范围内的大尺度结构的增长，这仍然是很差的探测观测。
2009-08-19 astro-ph.CO
The Acoustic Peak in the Lyman Alpha Forest
我们提出了第一个模拟的签名重子声振荡（BAO）在莱曼α森林数据包含180,000模拟类星体视线。我们使用八个大的暗物质只有模拟上，我们画莱曼α场使用波动冈恩-彼得森近似。我们认为，这种方法应该是足够的平均签名的规模感兴趣。我们的研究结果表明，莱曼α通量提供了一个很好的示踪剂的基础暗物质领域在大尺度上和红移空间扭曲很好地描述了一个简单的线性理论处方。我们比较傅立叶和配置空间的方法来描述的信号，并认为配置空间的统计提供了有用的数据压缩。我们还研究了波动的光电离背景的影响，使用一个简化的模型，发现这样的波动增加大尺度上的平滑功率。然而，对于小幅度波动（<10%），声峰位置不受影响。较大的幅度波动使得BAO信号的恢复更加困难，并且可能降低测量的可实现的重要性。
2009-09-17 astro-ph.CO
Minimally Parametric Power Spectrum Reconstruction from the Lyman-alpha Forest
目前的结果从莱曼α森林假设的原始功率谱的密度扰动遵循一个简单的幂律形式，运行。我们提出的第一个分析莱曼阿尔法数据研究放松这个强有力的假设对原始和天体物理约束的影响。我们进行了大量的数值模拟，使用它们来校准一个最小的参数框架来描述功率谱。结合交叉验证，一种防止数据过度拟合的统计技术，该框架允许我们在没有强先验假设的情况下重建功率谱形状。我们没有发现偏离尺度不变性的证据;我们的分析还表明，目前的莱曼α数据没有足够的统计能力来鲁棒地探测这些尺度下的功率谱形状。相比之下，正在进行的重子振荡巡天（BOSS）将能够以高精度做到这一点。此外，这些近期的数据将能够打破功率谱形状和天体物理参数之间的简并性。
2011-03-31 astro-ph.CO
The Effect of Cosmic Magnetic Fields on the Metagalactic Ionization Background inferred from the Lyman-α Forest
使星系际介质再电离红移~6的源仍然未知。电离过程的一个严重限制是在莱曼-α森林中维持电离所需的低发射率。模拟校准的观测表明，每个重子的产生率最多只有几个光子。在这项工作中，我们提出了一个新的解决方案，这个“光子饥饿”的问题，使用宇宙磁场，这可能是目前作为早期宇宙物理和随后的磁流体动力学放大的结果弱背景。如果存在的话，这种磁场会引起密度扰动，这种扰动在与红移z~2-5处的氢吸收线测量所探测的尺度相当的尺度上占主导地位。研究表明，亚纳高斯磁场，在~1 Mpc尺度上相干，具有几乎尺度不变的谱，足以对有效光学厚度、类星体谱上莱曼-α森林的出现、像元通量统计和透射通量的功率谱产生显著的影响。我们还表明，这样的磁场签名被有效地擦除时，元银河系光电离率的增加，从而放松对宇宙光子预算可用于再电离的约束。
2013-11-06 astro-ph.CO
