Dark-ages Reionization and Galaxy Formation Simulation XX. The Ly$α$ IGM transmission properties and environment of bright galaxies during the Epoch of Reionization
高度中性的星系间介质(IGM)在再电离时期(EoR),预计将抑制Ly $α$发射与阻尼翼吸收,导致几乎没有Ly $α$检测到恒星形成星系在$z{\sim}8$。然而,在这些红移下,对4个最亮星系(${\rm H}_{160}{\sim}25$等)的光谱观测确实显示出突出的Ly $α$线,表明局部电离的IGM。本文利用Meraxes半解析模型研究了EoR期间亮星系的Ly $α$ IGM透射和环境。我们发现较亮的星系受阻尼翼吸收的影响较小,因为它们能有效地电离周围的中性氢。具体而言,最亮的源(${\rm H}_{160}{\lesssim}25.5$ mag)位于我们的模拟中最大的电离区域,并且具有来自IGM(光学深度${<}1$)的低Ly $α$衰减。较暗的星系(25.5等${<}{\rm H}_{160}{<}27.5$等)的透射率取决于紫外线光度,导致在较暗的星等下Ly $α$检测的发生率较低。这种光度相关的衰减解释了为什么Ly $α$只在$z{\sim}8$最亮的星系中被观测到。后续观察显示,在这些确认的$z{\sim}8$ Ly $α$发射体附近存在对应物。我们模拟的类似物的环境与这些观测结果在附近星系的数量上一致,这是一个很好的指标,表明Ly $α$是否可以在较暗的星系中被检测到。在目前的观测极限下,在$2'{\times}2'$内有${\ge}2$-5个邻居的星系显示出L…
2021-08-08 astro-ph.CO astro-ph.GA
(Nearly) Model-Independent Constraints on the Neutral Hydrogen Fraction in the Intergalactic Medium at $z\sim 5-7$ Using Dark Pixel Fractions in Ly$α$ and Ly$β$ Forests
宇宙再电离是星系际介质(IGM)中氢从中性到高度电离的最后一次主要相变。目前的观测表明,IGM在$z>7$处是显著中性的,并且大部分被$z\sim5.5$电离。然而,大多数测量IGM中性分数的方法是高度依赖于模型的,并且限于IGM的体积平均中性分数相对较低($\bar{x}_{\rm HI} \lesssim 10^{-3}$)或接近于1($\bar{x}_{\rm HI}\sim 1$)时。特别是,中性分数的IGM在$z=6-7$的临界红移范围内的演变是约束不足。通过分析$5.73<z<7.09$上的$53$类星体的深光谱,提出了在$z\sim5.1-6.8$上对$\bar{x}_{\rm HI}$的新的约束。我们推导出模型独立的上限中性氢分数的基础上确定的莱曼$α$(Ly $α$)和莱曼$β$(Ly $β$)森林中的“暗”像素的分数,没有任何假设的IGM模型或类星体连续体的内在形状。他们是第一个模型独立的约束IGM中性氢分数在$z\sim6.2-6.8$使用类星体吸收测量。我们的结果给出了$\bar{x}_{\rm HI}(z=6.3) < 0.79\pm0.04$(1 $σ$)、$\bar{x}_{\rm HI} (z=6.5) < 0.87\pm0.03$(1 $σ$)和$\bar{x}_{\rm HI} (z=6.7) < 0.94^{+0.06}_{-0.09}$(1 …
2022-11-22 astro-ph.CO astro-ph.GA
A New Measurement of the Temperature Density Relation of the IGM From Voigt Profile Fitting
我们将74个高信噪比和高分辨率类星体光谱的广泛样本的Lyman-α(Lyα)森林分解成Voigt轮廓的集合。位于焦散线附近的吸收体具有最小的多普勒参数,导致由星系际介质热态(IGM)设定的$b$ - $N_{\text{HI}}$中的低$b$截止。我们将这个截止值作为红移的函数在$2.0\leq z \leq 3.4$范围内拟合,这使我们能够测量IGM温度-密度($T= T_0 (ρ/ ρ_0)^{γ-1}$)关系参数$T_0$和$γ$的演变。我们校准我们的测量对Ly $α$森林模拟,使用21个不同的热模型的IGM在每个红移,还允许不同的值的IGM压力平滑尺度。我们采用前向建模方法,并自洽地将相同的算法应用于数据和模拟,通过蒙特卡罗传播统计和建模的不确定性。$T_0$的红移演化在$z=2.8$处显示出一个暗示性的峰,而我们的$γ$的演化与$γ\simeq 1.4$一致,并且不利于反转的温度-密度关系。我们测量的$T_0$和$γ$的演变与文献中先前的测定基本一致。$T_0$在$z = 2.8$处的演化峰值,以及我们在$2.4 < z < 3.4$处观察到的高温$T_0\simeq 15000-20000\,$ K,都强烈地表明在HI再电离结束后发生了一次显著的加热事件,这很可能是HeII的宇宙再电离。
2018-08-16 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Dispersion of Fast Radio Bursts from a Structured Intergalactic Medium at Redshifts z < 1.5
我们分析的自由电子产生大的色散措施,DM $\approx 300-1600$(单位厘米$^{-3}$ pc),观察到的快速射电暴(FRB)的来源。单个星系通常会从其盘、盘晕界面和环星系介质中的电离气体中产生DM $\sim 25-60$ cm $^{-3}$ pc。对于红移为$z$的FRB源,包含宇宙重子部分$f_{\rm IGM}$的均匀IGM将产生DM $= (935~{\rm cm}^{-3}~{\rm pc}) f_{\rm IGM} \, h_{70}^{-1} I(z)$,其中$I(z) = (2/3 Ω_m)[ \{ Ω_m(1+z)^3 + Ω_Λ \}^{1/2} - 1 ]$。结构IGM的光电离的Ly-alpha吸收剂在宇宙网络中产生类似的色散,建模从观测到的分布,$f_b(N,z)$,H I(Lya-forest)吸收剂的柱密度和红移电离校正和宇宙学模拟的标度关系。将DM($z$)的解析公式应用于FRB色散的观测表明,对于含有重要重子分数$f_{\rm IGM} = 0.6\pm0.1$的IGM,$z_{\rm FRB} \approx 0.2-1.5$。未来调查的统计分布,DM($z)$,FRB确定与特定的星系和红移,可以用来校准IGM重子分数和分布的Ly-alpha吸收剂。DM在$\pm10$ cm $^{-3}$ pc水平上的波动将由宇宙网中的细丝和空…
2017-12-04 astro-ph.CO astro-ph.GA
Constraining the Evolution of the Baryon Fraction in the IGM with FRB and H(z) data
通过对快速射电暴(FRB)观测获得的河外色散测量(DM)是探测星系际介质(IGM)和进行宇宙学研究的一个很好的工具。然而,来自IGM的DM贡献(${\rm DM_{IGM}}$)取决于IGM中重子质量的分数$f_{\rm IGM}$,这没有被适当地约束。由于$f_{\rm IGM}(z)$与哈勃参数$H(z)$和${\rm DM_{IGM}}(z)$在几何上相关,本文提出结合两个在相似红移范围内的FRB和$H(z)$的独立测量,提供了一种新的无宇宙学约束的方法来约束$f_{\rm IGM}(z)$的演化.在假设$f_{\rm IGM}$随红移以函数形式演化的前提下,我们预测,通过对FRB的$\sim3000$ ${\rm DM_{IGM}}(z)$和哈勃参数数据的$\sim50$ $H(z)$的综合分析,可以很好地推断出$f_{\rm IGM}(z)$的演化.虽然我们的方法的效率不如其他模型无关的方法,涉及的DM和光度距离的FRB的联合测量,我们的方法提供了一个新的模型无关的方式来约束$f_{\rm IGM}(z)$。
2019-08-29 astro-ph.CO astro-ph.HE
The Cosmic Baryon Partition between the IGM and CGM in the SIMBA Simulations
本文利用Simba模拟考察z≤1时IGM与CGM间的宇宙重子分配,发现AGN喷流是主导反馈机制,并可用经质量相关CGM比例标度的修正NFW模型描述,未来可由FRBs观测约束。
2024-02-16 astro-ph.CO astro-ph.GA
Documentation for the intergalactic radiative transfer code IGMtransfer
本文件描述了可通过计算机获得的数字代码“IGMtransfer”,该代码能够在莱曼α(Lya)线附近进行光的星系间辐射转移(RT)。在宇宙学模拟产生的网格中计算RT,代码返回1)“传输函数”,显示星系际介质(IGM)如何影响给定红移的Lya线,以及2)IGM的“平均传输”,使其有助于研究宇宙再电离模拟的结果。
2011-02-16 astro-ph.CO
Numerical Simulations of Galactic Outflows and Evolution of the IGM
星系外流在星系和星系际介质的演化中起着重要的作用。超新星和活动星系核在星际介质中沉积的能量可以使气体加速超过逃逸速度,并将其喷射到IGM中。这将通过减少或消除恒星的形成,并抑制物质在活动星系核中央的吸积,影响星系的后续演化。银河系外流是能量和经过处理的星际物质被输送到IGM的主要过程。这会影响其他星系的形成。外流携带的能量可以剥离原星系晕中的气体,阻止星系的形成。相反,流出物携带的金属可以改变原星系晕中气体的成分和冷却速率,有利于星系的形成。在本文中,我回顾了用于模拟星系外流的各种技术及其对星系和IGM演化的影响。
2011-10-05 astro-ph.CO
The detectability of strong 21 centimetre forest absorbers from the diffuse intergalactic medium in late reionisation models
在红移$z\simeq 5.3$的再电离的后期结束与观测到的Ly $α$森林传输的空间变化和Ly $α$发射星系在$z=5.5$的扩展Ly $α$吸收槽周围的赤字是一致的。在这个模型中,大的中性氢岛应该一直存在于弥漫星系际介质(IGM)中,直到$z\simeq 6$。我们使用了一种新的,混合的方法,结合高分辨率的宇宙流体动力学模拟与辐射转移预测的发病率强21厘米森林吸收光学深度$τ_{21}>10^{-2}$从弥漫IGM在这些后期再电离模型。我们包括模拟21厘米森林光谱的红移空间失真的影响,并把高度不确定的加热预再电离IGM软X射线作为一个自由参数。对于一个模型,只有适度的IGM预热,使平均气体动力学温度在弥漫IGM保持低于$T_{\rm K}\simeq 10^{2} \rm\, K$,我们发现,强21厘米森林吸收线应持续到$z=6$。对于$\sim 10$足够响亮的无线电背景源的样本,在$z\simeq 6$与SKA 1-低或可能LOFAR的21厘米森林吸收器的零检测应该提供一个信息的下限仍然在很大程度上不受约束的软X射线背景在高红移和预再电离IGM的温度。
2021-06-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
The hydrodynamic response of small-scale structure to reionization drives large IGM temperature fluctuations that persist to z = 4
本研究通过高分辨率模拟发现,再电离加热引起的冷气体细丝和迷你晕膨胀导致IGM小尺度温度涨落持续到z≤4,并可能使Lyα森林通量功率增加约10%。
2024-07-17 astro-ph.CO astro-ph.GA
Effect of Intergalactic Medium on the Observability of Lyman Alpha Emitters during Cosmic Reionization
本文系统地研究了银河系间介质(IGM)的不均匀性对再电离时期莱曼α发射体(LAEs)可观测性的影响。我们专注于IGM接近星系的详细电离分布和速度场的这个区域可以显着影响散射的Ly-alpha光子离开中性H原子,因为他们穿越IGM逃离星系后。我们模拟的表面亮度(SB)的地图和光谱的100多个LAEs在z=7.7所看到的观察者在z=0。为了实现这一点,我们提取的星系及其周围的IGM的源属性从宇宙学模拟的盒子大小为5-30 Mpc/h,并遵循电离和Ly-alpha辐射通过IGM使用CRASH-α耦合辐射转移。我们发现,模拟SB配置文件的扩展和它们的详细结构的影响,特别是在高中性分数的IGM的不均匀性。LAEs的可探测性和观测到的通量的分数在很大程度上取决于SB轮廓的形状和观测活动的SB阈值(SB_th)。只有超深观测(例如SB_th ~ 10^-23尔格/s/cm ^2/arcsec ^2)才能获得LAEs真实的质量-光度关系和光度函数。我们的研究结果的细节取决于Ly-alpha光子是否显着转移到更长的波长,在IGM的平均电离分数和电离源的集群的星系。这些效应可以导致Ly-alpha光子更容易逃逸,在IGM中具有更少的散射和类似于点源的集中SB轮廓。最后,我们表明,SB配置文件是陡峭的高电离分数相同的LAE样品,可以潜在地观察到从大量的LAE的堆叠配置文件。
2012-07-27 astro-ph.CO astro-ph.GA
Testing the effect of galactic feedback on the IGM at z ~ 6 with metal-line absorbers
我们提出的模型的低和高电离金属线吸收(O I,C II,C IV和Mg II)在结束时的再电离时代,在z ~ 6。使用四个宇宙学流体动力学模拟与不同的反馈方案(包括Illustris和Sherwood模拟)和两个不同的选择的hydro-solver,我们调查的整体发病率和金属线吸收剂的等效宽度分布与银河风处方的变化。我们发现,O I和C II吸收器是合理的不敏感的反馈方案。然而,所有模型都很难再现C IV和Mg II的观测结果,它们在z ~ 6处探测到比O I和C II更低的超密度,这表明模拟中的金属没有足够有效地传输到IGM中。如果我们在z ~ 6处选择更硬(但仍然合理)和/或(局部)增加的UV背景,则情况得到改善但没有解决。
2016-08-23 astro-ph.CO astro-ph.GA
Probing the baryon mass fraction in IGM and its redshift evolution with fast radio bursts using Bayesian inference method
利用红移范围$f_\mathrm{IGM}$内的18个定域FRB研究了星系际介质中重子质量分数。我们构造了一个五参数的贝叶斯推断模型,适当地考虑了IGM和宿主星系色散测度的概率分布。为了检验可能的红移演化,我们将$f_\mathrm{IGM}$参数化为红移的温和演化函数$f_\mathrm{IGM}=f_\mathrm{IGM,0}[1+αz/(1+z)]$。通过同时约束5个参数,得到了主星系DM的中值为$\exp(μ)=72.49^{+33.31}_{-25.62}~{\rm pc ~ cm ^ {-3}}$的$f_\mathrm{IGM,0} = 0.92^{+0.06}_{-0.12}$和$α= 0.49^{+0.59}_{-0.47}$。通过固定两个可以与其他观测值独立约束的参数,我们得到了三参数拟合中的$α=0.11^{+0.24}_{-0.27}$,它在$1σ$不确定度范围内与零一致。蒙特卡罗模拟表明,即使300个FRB也不足以同时严格约束五个参数。这主要是由参数之间的相关性造成的。只有当两个参数固定时,才需要100个FRB来实现对其余参数的无偏约束。
2023-02-21 astro-ph.CO
Forecasting constraints on the high-z IGM thermal state from the Lyman-$α$ forest flux auto-correlation function
本研究利用宇宙学流体动力学模拟,通过高红移类星体Lyman-$α$森林通量自相关函数预测了对IGM热状态参数$T_0$和$γ$的约束,并验证了包含温度与UVB波动的再电离模型的可区分性。
2023-09-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
Measuring alignments between galaxies and the cosmic web at $z \sim 2-3$ using IGM tomography
许多星系形成模型预测星系自旋和宇宙网(即细丝和薄片的方向)之间的对齐,导致星系之间的内在对齐,在弱透镜测量中产生系统误差。这些效应通常被预测在高红移($z\gtrsim1$)时更强,这是无法用可预见的仪器进行大规模星系调查的,但IGM断层摄影术从密集的类星体和星系开始测量$z\sim2-3$宇宙网。使用模拟调查流体动力学模拟,我们研究这种技术的效用,与同时代的星系样本,测量星系和宇宙网络之间的对齐在$z\sim2.5$。我们表明,IGM断层扫描调查与$\lesssim5$ $h^{-1}$ Mpc视线间距可以准确地恢复潮汐张量的特征向量,我们用它来定义的宇宙网的方向。对于星系的自旋和形状,我们使用一个模型参数化的对齐强度,$Δ\langle\cosθ\rangle$,相对于潮汐张量本征向量从底层密度场,也考虑观测的影响,如错误的星系位置角,倾角,和红移。测量使用即将到来的$\sim1\,\mathrm{deg}^2$ CLAMATO层析调查和600同时代的zCOSMOS-Deep星系应该把$3σ$极限与$Δ\langle\cosθ\rangle\sim0.1$极端对齐模型,但更大的调查包括$>10,000$星系,如斯巴鲁PFS,将需要约束模型与$Δ\langle\cosθ\rangle\sim0.03$。这些测量将约束银河系宇宙网络对齐的模型,并在$z\sim2$测试潮汐力矩理论,…
2016-11-30 astro-ph.CO astro-ph.GA
Galaxy Underdensities Host the Clearest IGM Ly$α$ Transmission and Indicate Anisotropic Reionization
Steward Observatory, University of Arizona(亚利桑那大学斯图尔德天文台);Department of Physics & Astronomy, University of California, Riverside(加州大学河滨分校物理与天文学系);Department of Astronomy, The University of Texas at Austin(德克萨斯大学奥斯汀分校天文学系);School of Earth and Space Exploration, Arizona State University(亚利桑那州立大学地球与空间探索学院);Cosmic Dawn Center(DAWN)(宇宙黎明中心);Niels Bohr Institute, University of Copenhagen(哥本哈根大学尼尔斯玻尔研究所)
研究通过JWST/NIRCam观测发现,星系驱动再电离的机制及几何结构仍存疑问,首次测量IGM传输与星系位置的二维交叉相关性,揭示再电离存在各向异性。
2026-04-02 astro-ph.CO astro-ph.GA
Giant Radio Sources as a probe of the cosmological evolution of the IGM, II. The observational constraint for the model of the radio-jets propagation through the X-ray halo--IGM interface
利用三个有限的FRII型高红移射电源样本,约束喷流在两种介质环境中传播的动力学模型:围绕母星系的幂律密度分布的X射线发射晕和密度恒定的更热的星系际介质(IGM)。最初由Gopal-Krishna和Wiita(1987)提出的模型被修改,采用了从XMM-牛顿和钱德拉天文台最近的X射线测量中获得的自由参数的现代值。我们发现,(i)巨型射电源($\sim$ 1 Mpc)存在于高达$z\sim 2$的红移处,(ii)所有新发现的具有$1<z<2$的最大射电源似乎都是类星体,(iii)它们都比在较低红移处的对应物更年轻,膨胀更快,以及(iv)上述性质是由于IGM中的强大射流而不是特殊的环境条件(例如空隙)。这种极强的喷流可能证明了在早期宇宙学时期,对黑洞的吸积过程起着主导作用。
2010-02-02 astro-ph.CO
Helium Reionization Simulations. II. Signatures of Quasar Activity on the IGM
我们已经运行了一套新的模拟,解决流体力学和辐射转移同时研究氦II再电离。我们的一套模拟采用了各种模型的人口类星体内的暗物质晕,这影响了他II再电离的历史。特别是,我们能够探索的影响,在时间和持续时间的差异,再电离观测。我们研究了再电离在IGM上留下的热特征,并测量了温度-密度关系。正如以前的研究表明,我们确认,从氦II再电离的光热反馈提高了几千开尔文的IGM的温度。为了与观测结果进行比较,我们在飞行中生成合成的Ly $α$森林视线,并将观测到的氢的有效光学深度$τ_{\mathrm{eff}}(z)$与最近的观测结果相匹配。我们表明,当模拟已被归一化为具有相同的值的$τ_\mathrm{eff}$,氦II再电离的氢LY $α$森林观测的影响是最小的。具体而言,通量PDF和一维功率谱是敏感的IGM的热状态,但没有直接证据的电离状态的氦。我们表明,IGM的峰值温度通常对应于90%-95%的氦电离体积的时间,是一个相对稳健的指标的时间再电离。因此,未来对氢Ly $α$森林中氦再电离的观测应侧重于测量IGM的温度,特别是在平均密度下。检测IGM温度的峰值将提供有关氦II再电离结束的时间的有价值的信息。
2017-10-09 astro-ph.CO
Cosmic Reionization On Computers. Properties of the Post-reionization IGM
我们提出了几个观测测试的后再电离IGM和下完成的计算机上的宇宙再电离(CROC)项目的再电离的数值模拟之间的比较。CROC模拟相当好地匹配了能隙分布,并且也提供了对峰高分布的良好匹配,但是在模拟光谱中明显缺乏宽峰,并且通量PDF在窄红移区间5.5<z<5.7中匹配得很差,而在其他红移处的匹配明显更好,尽管不精确。这两个差异是相关的:模拟显示比数据更不透明。
2017-04-10 astro-ph.CO
The Epoch of IGM heating by early sources of X-rays
对中性氢21厘米谱线的观测表明,加热期(EoH)可能早于再电离期(EoR)。本文研究了高红移宇宙中电离源的不同假设对EoH期间星系际介质电离态和热历史的影响:(i)恒星,(ii)X射线双星,(iii)热星际介质的热韧致辐射,(iv)吸积核黑洞。为此,我们后处理输出($100 h^{-1}$ cMpc)$^3$流体动力学模拟MassiveBlack-II与宇宙学的三维辐射转移代码CRASH,它遵循紫外线和X射线光子的传播,计算通过EoH的热和电离状态的氢和氦。我们发现,恒星决定了IGM的完全电离形态,而光谱硬XRB铺平了道路,有效的后续加热和电离的光谱软ISM。使用MassiveBlack-II中的播种处方,BH对电离或加热都没有显着贡献。只有恒星的情况下,IGM的大部分仍然处于冷态($T=11$ K的中位数为$z=10$),然而,更高能量的源的存在使最亮和更密集的源周围区域的温度高于CMB,从而有可能观察到21 cm的发射信号。
2018-01-29 astro-ph.CO astro-ph.GA
Tracking Dusty Cloud Crushed by a Hot Flow
本文通过着色流体和拉格朗日粒子两种方法追踪云团物质,研究热流摧毁尘埃云的过程,发现两种方法在热相云团中结果差异显著,并揭示气体冷却抑制开尔文-亥姆霍兹不稳定性从而延迟暖云团摧毁,以及被扫出的尘埃颗粒最终会被摧毁。
2024-03-30 astro-ph.CO astro-ph.GA
LATIS: A Sample of IGM-selected Protoclusters and Protogroups at $z \sim 2.5$
LATIS 利用 Ly$\alpha$ 断层成像在 $z\sim2.5$ 处识别出 37 个 IGM 选定超密区,其中 85% 为原星系团,该方法规避了光谱选择偏差,使样本量提升约一个数量级,为研究星系与大尺度环境的联系奠定基础。
2025-07-15 astro-ph.CO astro-ph.GA
Intermittence of the Map of Kinetic Sunyaev-Zel'dovich Effect and Turbulence of IGM
我们调查的可能性检测的IGM的湍流状态与动力学Sunyaev-Zel'dovich(kSZ)效应。kSZ效应对IGM动量场的无辐散分量敏感,可用于探测湍流IGM的涡度。在协调$Λ$ CDM宇宙中进行宇宙学流体动力学模拟,发现二维kSZ映射的结构函数具有强的双折射性,间歇指数遵循类似于充分发展湍流的She-Leveque标度公式的规律.我们还发现在热Sunyaev-Zel'dovich(tSZ)效应的映射中,不稳定性很弱。尽管如此,kSZ和tSZ效应的叠加仍然具有显著的不稳定性。我们的结论是,IGM的湍流行为可以通过观察角尺度等于或小于0.5弧分,对应于多极参数$l\geq 2 \times10^4$的SZ效应来揭示。
2011-05-06 astro-ph.CO
The contribution of the IGM and minihalos to the 21 cm signal of reionization
我们研究的宇宙学21厘米信号的星系际介质(IGM)和minihalos的统计特性,使用再电离模拟,其中包括一个自洽处理minihalo光蒸发。我们考虑两种模型的minihalo形成和三个典型的热状态的IGM -加热纯粹由电离,加热从电离和$\rm Lyα$光子,和一个最大的“强加热”模型。我们发现,从IGM的信号几乎总是占主导地位,从minihalos。在我们的计算中,微晕的亮度温度差$δT_b,$不大于2 mK。虽然来自小晕和IGM的信号确实存在一些差异,但即使计划建造新一代射电望远镜,也无法探测到它们。然而,minihalos显着影响IGM的电离状态和相应的21厘米通量。
2009-06-17 astro-ph.CO
Intergalactic medium dispersion measures of fast radio bursts estimated from IllustrisTNG simulation and their cosmological applications
快速射电暴(FRB)是持续时间为毫秒的无线电瞬变,可用作宇宙学探测器。然而,星系际介质(IGM)贡献的色散测度(DM)很难与其他成分区分开来。在本文中,我们使用IllustrisTNG模拟来实际估计$DM_{\rm IGM}$到$z\sim 9$。我们在$z=1$中找到了$DM_{\rm IGM} = 892^{+721}_{-270}$ pc cm $^{-3}$。$DM_{\rm IGM}$的概率分布可以很好地拟合一个准高斯函数的长尾。在IGM中,尾翼是由沿视线方向的结构引起的。减去银河系和宿主星系的DM贡献的本地化FRB,$DM_{\rm IGM}$值接近派生的$DM_{\rm IGM}-z$关系。我们还显示了约束宇宙再电离历史的能力与$DM_{\rm IGM}$的高红移FRB在IllustrisTNG宇宙。推导出的$DM_{\rm IGM}-z$关系在高红移下可以很好地用具有再电离红移$z=5.95$的$tanh$再电离模型来拟合,这与IllustrisTNG模拟所使用的再电离模型是兼容的。高红移FRB的$DM_{\rm IGM}$也提供了一种独立的测量宇宙微波背景光深的方法。我们的结果可以用来计算$DM_{\rm IGM}<4000$ \ \ pc cm $^{-3}$的非定域FRB的赝红移.
2020-11-30 astro-ph.CO astro-ph.HE
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
The Universe is Reionizing at z~7: Bayesian Inference of the IGM Neutral Fraction Using Ly$α$ Emission from Galaxies
本文提出了一个新的灵活的贝叶斯框架,用于从探测到和未探测到Lyman break星系(LBG)的Lyman α(Ly $α$)辐射直接推断再电离时期(EoR,z~6 - 10)星系际介质(IGM)中中性氢的含量。我们的框架结合了复杂的再电离模拟与经验模型的星际介质(ISM)的辐射传输对LY $α$的影响。我们断言,从ISM出现的LY $α$线轮廓产生的光子通过IGM的传输有重要的影响,这些线轮廓取决于星系的属性。我们通过考虑Ly $α$线的峰值速度偏移来模拟这种效应,这些线与宿主星系的系统红移(或固定红移下的晕质量)相关。我们将我们的框架用于Pentericci等人(2014)提出的LBG样本,并推断出$\overline{x}_\mathrm{HI} = 0.59_{-0.15}^{+0.11}$在z~7处的全球中性分数,与EoR的其他可靠探针一致,并确认再电离在大爆炸后约7亿年仍在进行。我们表明,使用全分布的Ly $α$等效宽度检测和上限LBG的地方更严格的限制,不断发展的IGM比标准的Ly $α$发射极分数,以及较大的样本范围内的引力透镜场和JWST近红外光谱的深度光谱调查。
2018-02-15 astro-ph.CO astro-ph.GA
Radiative Transfer Simulations of Ly$α$ Intensity Mapping During Cosmic Reionization Including Sources from Galaxies and the Intergalactic Medium
本文通过包含星系际介质辐射转移的Ly$α$强度映射模拟,研究不同来源和天体物理参数对功率谱的影响,发现功率谱斜率对中性分数敏感,可用于约束宇宙再电离。
2025-07-14 astro-ph.CO astro-ph.GA
A consistent and robust measurement of the thermal state of the IGM at $2 \leq z \leq 4$ from a large sample of Ly$α$ forest spectra: Evidence for late and rapid HeII reionization
我们用103个高分辨率、高信噪比的Ly $α$森林光谱样本,用四种不同的通量分布统计量,在红移范围$2 \leq z \leq 4$内的十个红移仓中,计算了星系际介质的热态。我们的测量是用模拟光谱校准的,这些模拟光谱来自于用我们的热IGM演化代码CITE后处理的一套大型流体动力学模拟,对预期温度-密度关系的振幅和斜率进行精细采样。从我们的测量的通量功率谱,多普勒参数分布,以及小波和曲率统计推断的热参数同意在各自的误差范围内,都清楚地显示了温度的峰值和最小的斜率的温度密度关系预期从HeII再电离。结合我们从不同通量统计的测量,给出了平均密度下峰值温度的$T_0=(14750 \pm 1322)$ K和相应的最小斜率$γ= 1.225 \pm 0.120$。温度演变的峰值出现在$z \approx 3$,与先前的测量结果一致,该测量结果表明存在这样的峰值,尽管具有较大的分散。使用CITE,我们还计算了五个广泛使用的(空间均匀)UV背景模型预测的IGM的热状态。相当快速的热演化推断我们的测量是很好地再现的两个模型,如果我们假设(物理上动机良好)的非平衡演化与光加热速率,减少了一个温和的因素$\sim 0.7-0.8$。其他三个模型预测HeII的再电离时间更长,温度峰值比我们的测量结果更早和更高。
2021-07-16 astro-ph.CO astro-ph.GA
Probing patchy reionisation with JWST: IGM opacity constraints from the Lyman-$α$ forest of galaxies in legacy extragalactic fields
本研究利用JWST NIRSpec光谱首次表征高红移星系冈恩-彼得森槽,得出再电离末期基于星系的IGM不透明度约束,验证了其与类星体观测的一致性,并关联星系过密区与低IGM不透明度,为识别再电离源提供新方法。
2025-08-28 astro-ph.CO astro-ph.GA
IGMtransmission: A Java GUI to model the effects of the Intergalactic Medium on the colours of high redshift galaxies
IGMtransmission是一个Java图形用户界面,它实现了蒙特卡罗模拟来计算高红移星系由于星系际衰减而对颜色的修正。吸收由于中性氢的影响被认为是,特别注意莱曼极限系统的随机效应。衰减曲线的产生,以及广泛的过滤器的响应和模型星系光谱的颜色。可随时上传备选滤波器响应曲线和频谱。该代码可从http://code.google.com/p/igmtransmission免费获得。它在GNU通用公共许可证v.3下授权。
2011-05-31 astro-ph.CO
The scattering of FRBs by the intergalactic medium: variations, strength and dependence on dispersion measures
利用宇宙流体动力学模拟研究了星系际介质对快速射电暴(FRB)的散射。我们确认,由clusifenIGM的散射有显着的视线变化。我们证明了IGM在宇宙网的空隙和壁中的散射是弱的,但它可以被团簇和细丝中的气体显着增强。所观察到的FRB宽度对色散测度(DM)的非单调依赖性不能确定IGM是否是一个重要的散射物质。IGM可能主导一些FRB的散射,而宿主星系则主导其他FRB的散射。对于前一种情况,散射应主要由团簇中的介质引起。500个来源的模拟样本显示,$τ_{\rm{IGM}} \propto \rm{DM_{IGM}}^{1.6-2.1}$在$z<1.5$。假设湍流遵循Kolmogorov标度,我们发现,$L_0\sim 5\,$ pc的外部尺度需要使$τ_{\rm{IGM}} \sim 1-10\,$ ms在$ν=1\, $ GHz。所需的$L_0\sim 5\, $ pc可以缓解湍流加热和冷却的时间尺度的张力,但仍然比IGM中湍流的假定注入尺度低$\sim 4$数量级。如果进一步提高模拟分辨率,则有望有效缩短该间隙。可能进一步减少差距的机制进行了简短的讨论。如果未来的观测可以证明IGM在FRB加宽中的作用,它可以帮助探测团簇和细丝中的气体。
2018-08-17 astro-ph.CO astro-ph.HE
New Constraints on IGM Thermal Evolution from the Lyα Forest Power Spectrum
通过比较Lyα森林功率谱的测量值和一套$\sim70$流体动力学模拟结果,我们确定了星系际介质(IGM)在宇宙时间$1.8<z<5.4$的$3\, \mathrm{Gyr}$上的热演化.我们使用端到端的正向建模框架进行IGM热参数的贝叶斯推断,从而使用从我们的模拟网格生成的模拟光谱来构建自定义仿真器,该自定义仿真器在热网格点之间插入功率谱。平均密度$T_0$处的温度从$z=5.4$处的$T_0\sim 6000\, \mathrm{K}$开始稳步上升,对于$z\sim 3.4$,在$14000\, \mathrm{K}$处达到峰值,并且在较低的红移处下降,达到$T_0\sim 7000\, \mathrm{K}$,下降幅度为$z\sim1.8$。这一演化为He II的再电离导致的光电离加热以及所有再电离事件完成后宇宙膨胀导致的IGM冷却提供了确凿的证据。我们的结果与以前基于各种方法的热演化测量结果基本一致,但功率谱的灵敏度,大尺度模式的高精度BOSS测量的组合($k\lesssim 0.02\, \mathrm{s/km}$)随着我们最近对小规模电力的确定,我们的大电网模型,我们仔细的统计分析使我们能够打破众所周知的平均密度温度$T_0$和温度密度关系$γ$的斜率之间的简并性,以前的分析。在最高的红移$z\geq5$处,我们推断温度低于IGM热演化的标准图像的预期,几乎没有空间通过…
2018-12-20 astro-ph.CO
Self-Consistent Modeling of Reionization in Cosmological Hydrodynamical Simulations
类星体和星系发出的紫外背景辐射(UVB)控制着星系际介质(IGM)的电离和热状态,调节着高红移星系的形成,因此是模拟宇宙再电离的关键量。绝大多数的宇宙学流体动力学模拟实现UVB通过一组空间均匀的光致电离和光热速率来自UVB合成模型。我们表明,模拟使用规范的UVB率reflection,也许更重要的是,虚假加热IGM,早得多的z ~ 15比他们应该。这个问题的出现是因为在z > 6时,不存在观测约束,UVB振幅太高。我们引入了一种新的方法来解决这个问题,我们产生自洽的光电离和光加热率模型任何选择的再电离的历史。按照这种方法,我们运行一套不同的再电离方案的流体动力学模拟,并探讨再电离的时间和随之而来的热注入对IGM的热状态的影响。我们提出了一个全面的研究IGM气体的压力平滑尺度,说明其依赖于氢和氦的再电离的细节,并认为它在解释莱曼α森林统计和热演化的IGM中起着基础性的作用。我们发现的过早的IGM加热意味着以前的工作可能大大高估了光电离反馈对星系形成的影响,这设置了能够形成高红移恒星的最小晕质量。我们公开了新的UVB光电离和光加热速率,以供未来的模拟使用。
2017-03-17 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
How to Search for Islands of Neutral Hydrogen in the $z \sim 5.5$ IGM
如果星系际介质(IGM)的电离态在这些红移处足够不均匀,那么对莱曼α森林($α$)的观测可能会使再电离晚至$z \sim 5.5$才完成。在这种情况下,在高度电离的气体中可保留显著中性的岛,其中电离区域允许通过Ly- $α$森林的一些透射。这种可能性有一个重要的优点,就是它可以用现有的Ly- $α$森林数据来检验。特别是,我们描述了三个可观察到的签名显着中性气体的$z \sim 5.5$ IGM。我们使用模拟类星体光谱再电离的数值模拟,以开发这些测试。首先,我们量化了森林中吸收区域的丰度和长度如何随再电离模型中体积平均中性分数的增加而增加。其次,我们考虑在森林中的高吸收区域周围叠加传输轮廓。当且仅当IGM中存在显著中性气体时,Ly- $α$线的阻尼翼中的吸收将导致透射随着从光谱的吸收部分移动到透射部分而缓慢恢复。第三,氘Ly- $β$谱线应在Ly- $β$簇中的中性吸收区中留下一个小而独特的吸收特征。我们表明,这些测试可以进行与现有的凯克HIRES光谱在$z \sim 5.5$,阻尼翼可观察到的$< x_{\text{HI}} >\gtrsim 0.05$和氘功能观察到额外的高分辨率光谱$< x_{\text{HI}} >\gtrsim 0.2$。
2014-09-30 astro-ph.CO
Probing Reionization with Quasar Spectra: the Impact of the Intrinsic Lyman-alpha Emission Line Shape Uncertainty
可以说,了解红移z > 6的星系际介质(IGM)再电离尾端的最佳希望是通过检测和表征明亮类星体光谱中IGM的Gunn-Peterson(GP)阻尼翼吸收。然而,使用类星体光谱来测量IGM阻尼翼需要类星体的固有莱曼α发射线的模型。在这里,我们量化的不确定性,在固有的线的形状,以及这些不确定性如何影响IGM中性分数的测定。我们已经收集了一个目录的高分辨率的HST光谱的发射线的未遮蔽的低红移类星体,并具有其特点的变化的形状的线。然后,我们添加模拟吸收高红移IGM这些类星体光谱,以确定相应的不确定性,再电离约束使用当前和未来的样本z > 6类星体光谱。我们发现,如果莱曼-α发射线的红移被假定为符合从金属线确定的系统红移,推断IGM中性分数系统地偏置到低的值,由于莱曼-α线相对于金属线的系统蓝移。如果类似的蓝移持续存在于z > 6的类星体中,这种偏差加强了先前关于z ~ 6处存在大量中性氢的说法。即使只有少数明亮的类星体,这种技术也能够在高度电离(x_IGM ~ 10^-3)和中性(x_IGM = 1)的IGM之间做出可靠的区分。
2009-08-17 astro-ph.CO
Effects of Lyman alpha scattering in the IGM on clustering statistics of Lyman alpha emitters
我们研究了观测到的恒星形成星系的莱曼α发射分数和大尺度结构之间的相关性,通过后处理快照的大型,高分辨率的流体动力学模拟与莱曼α辐射转移代码在红移z= 4,3,2。我们发现所观察到的分数与密度,密度梯度沿视线,速度和速度梯度沿视线的相关性,所有在同一数量级(百分之几十)。此外,与角动量的暗物质晕的相关性被检测到。与以前的研究相比,我们发现没有显着的变形的2点关联函数由于选择的影响,从辐射转移在IGM内的模拟量的有限的统计。
2013-06-04 astro-ph.CO
Measuring the thermal and ionization state of the low-$z$ IGM using likelihood free inference
提出了一种新的方法来测量幂律温度密度关系$T=T_0 (ρ/ \barρ)^{γ-1}$和紫外背景光电离率$Γ_{\rm HI}$的IGM的基础上的Voigt轮廓分解的LyPDMATHABMO森林成一组离散的吸收线多普勒参数$b$和中性氢柱密度$N_{\rm HI}$。以前的工作表明,$b$ - $N_{\rm HI}$分布的形状是敏感的IGM热参数$T_0$和$γ$,而我们的新的推理算法也考虑到了规范化的分布,即线密度d $N$ /d $z$,我们证明,精确的约束也可以得到$Γ_{\rm HI}$。我们使用密度估计似然自由推理(DELFI)来模拟$b$ - $N_{\rm HI}$分布对IGM参数的依赖性,IGM参数是在$z = 0.1$的624个Nyx流体动力学模拟的集合上训练的,我们将其与归一化的高斯过程仿真器相结合。为了证明这种方法的有效性,我们生成了数百个现实的模拟HST/COS数据集的实现,每个数据集包括34个类星体视线,并对噪声和分辨率进行了前向建模,以匹配真实数据。我们使用这个大的模拟合奏,以广泛地测试我们的推理和经验证明,我们的后验分布是强大的。我们的分析表明,通过将我们的新方法应用于现有的LY $α$森林光谱在$z\simeq 0.1$,可以测量的热和电离状态的IGM具有非常高的精度($σ_{\log T_0} \sim 0.08$ dex,$σ_γ\sim 0…
2022-07-14 astro-ph.CO
Cosmology-independent estimate of the fraction of baryon mass in the IGM from fast radio burst observations
快速射电暴(FRB)的过度色散测度(DM)已被认为是研究星系际介质(IGM)和宇宙学的有力工具。一个问题是IGM中重子的分数,$f_{\rm IGM}$,没有得到适当的约束。在这里,我们提出了一种方法来估计$f_{\rm IGM}$使用一个假定的FRB样本与DM和光度距离$d_{\rm L}$的测量。如果FRB与距离指示器(例如伽马射线暴或引力波事件)相关联,或者测量FRB的红移$z$,并且在相应的$z$处的$d_{\rm L}$可以从相同红移的其他距离指示器(例如Ia型超新星)获得,则可以获得后者。由于$d_{\rm L}/{\rm DM}$本质上不依赖于宇宙学参数,因此我们的方法可以独立于宇宙学参数确定$f_{\rm IGM}$。我们将$f_{\rm IGM}$参数化为红移的函数,并将宿主星系的DM贡献作为恒星形成率的函数进行建模。假设$f_{\rm IGM}$随红移有一个函数形式的温和演化,通过蒙特卡罗模拟,我们证明了用$d_{\rm L}$和DM的50次联合测量可以得到一个无偏的和宇宙学无关的带有$\sim 12\%$不确定度的$f_{\rm IGM}$的现值估计.此外,这种方法还可以测量本地宿主星系贡献的DM的平均值。
2019-04-23 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Dynamical Effect of the Turbulence of IGM on the Baryon Fraction Distribution
研究了星系际重子介质中湍流对重子分数分布的动力学影响。在充分发展的非线性区域,IGM将演变成湍流状态,包含强烈的和弯曲的激波,涡量和复杂的结构。湍流会导致IGM的密度和速度场与下面的无碰撞暗物质的密度和速度场不同。因此,重子分数f_b将偏离它的宇宙平均值。我们研究了这些现象与加权基本无振荡(WENO)的混合宇宙流体动力学/N体代码,这是有效的捕捉冲击和复杂的结构产生的模拟样本。我们发现,在几百kpc到几个Mpc的尺度上,重子分数的分布是高度不均匀的,f_b的变化范围从低到宇宙平均值的1%到几倍。我们进一步表明,IGM中的湍流压力是弱的尺度依赖性,并与质量约为10 ^11 h-1 M \odot的晕的引力能量密度相当。在质量等于或小于10 ^11 h^-1 M \odot的晕中,重子分数应该大大低于f_b^cosmic。数值计算结果表明,f_b从10^12 h^-1 M \odot附近晕质量尺度下的0.8 f_b^cosmic减小到10^11 h^-1 M \odot时的0.3 f_b ^cosmic,当晕质量小于10^11 h^-1 M \odot时,f_b进一步减小。f_b的强质量依赖性与观测结果相似。虽然模拟的f_b值比观测值高2倍,但IGM的湍流是导致质量为10 ^12 h^-1 M \leq的晕中重子物质明显缺失的重要动力学原因。
2011-03-05 astro-ph.CO
An 8.0\% Determination of the Baryon Fraction in the Intergalactic Medium from Localized Fast Radio Bursts
快速射电暴(FRB)的色散测度(DM)-红移关系被认为是探测星系际介质(IGM)和研究宇宙学的一个潜在的新工具。然而,对IGM中重子分数($f_{\mathrm{IGM}}$)及其与宇宙学参数的简并性的认识不足限制了FRB的宇宙学应用。此外,IGM($\mathrm{DM_{IGM}}$)和宿主星系($\mathrm{DM_{host}}$)贡献的DMs是重要的宇宙学量,无法从观测中精确提取,这将给FRB宇宙学带来不可控制的系统不确定性。在这项工作中,我们使用17个定域FRB来约束$f_{\mathrm{IGM}}$及其可能的红移演化。其他宇宙学探测,如Ia型超新星,重子声学振荡,和宇宙微波背景辐射相结合,打破参数简并。考虑到$\mathrm{DM_{IGM}}$和$\mathrm{DM_{host}}$的概率分布从IllustrisTNG模拟,我们得到了一个强大的测量$f_{\mathrm{IGM}}=0.927\pm0.075$,代表8.0\%的精度。我们发现,在目前的观测数据水平上,没有强有力的证据证明$f_{\mathrm{IGM}}$的红移依赖性。FRB本地化的快速进展将显著改善对$f_{\mathrm{IGM}}$的约束。
2023-02-22 astro-ph.CO astro-ph.HE
How X-rays heat the IGM in different 21-cm simulation codes: a comparison between Licorice and Beorn
Max Planck Institute for Radio Astronomy(马克斯·普朗克射电天文研究所);Imperial College London(伦敦帝国学院);University of Zurich(苏黎世大学)
本文对比三维RT代码Licorice与一维RT代码Beorn对IGM X射线加热的模拟,发现二者光度场等整体结果一致但分布差异致21厘米功率谱差约30%,该偏差会使天体物理参数后验分布出现大于1σ的典型偏差。
2026-08-17 astro-ph.CO
Anisotropic AGN Outflows and Enrichment of the Intergalactic Medium. II. Metallicity
我们调查的大规模的影响,从活动星系核的外流,在丰富的IGM与金属的宇宙学背景下。我们结合宇宙学模拟的大尺度结构形成的详细模型的金属富集,其中流出的各向异性扩展沿最小阻力的方向,分布到IGM的金属。外流所携带的金属是由两个独立的恒星星族产生的:位于活动星系核中心附近的恒星和位于大星系的恒星。利用该算法,我们对活动星系核驱动的外流在λ-CDM宇宙中大小为(128/h Mpc)^[3]的宇宙体积中的传播进行了一系列5次模拟,并分析了由此导致的IGM金属富集。我们发现,在IGM中诱导的金属丰度主要由辐射光度L > 10^9 L_sun的活动星系核所决定,而10^8 < L / L_sun < 10^9的活动星系核贡献可以忽略不计。我们的模拟产生了在z = 5.5时[O/H] = -5的平均IGM金属丰度,然后逐渐上升,并在z = 2和z = 0之间保持相对平坦的[O/H] = -2.8的值。由活动星系核驱动的外流从活动星系核中喷出的金属被发现使IGM富集到观测值的> 10 - 20%,其数量取决于红移。富集的IGM体积分数在z > 3时较小,然后在z = 0时迅速上升至以下值:6 - 10%体积富集至[0/H] >-2.5,14 - 24%体积富集至[0/H] >-3,34 - 45%体积富集至[0/H] >-4。在z > 2时,存在诱导富集的梯度,金属丰度随着IGM密度的增加而降低,使低…
2010-11-10 astro-ph.CO astro-ph.HE
Effects of Photoionization and Photoheating on Lyman-alpha Forest Properties from Cholla Cosmological Simulations
星系际介质(IGM)的密度和温度特性反映了宇宙学结构形成过程中的加热和电离历史,并且主要通过在背景源的观测光谱中的中性氢吸收特征的莱曼α森林来探测(Gunn & Peterson 1965)。我们提出的方法和初步结果从Cholla IGM光热模拟(CHIPS)套件进行的图形处理单元加速Cholla代码研究IGM在高,统一的空间分辨率保持在大容量。在这第一篇论文中,我们研究了CHIPS宇宙学模拟中的IGM结构,其中包括IGM均匀光加热和光电离模型,其中氢再电离提前完成(Haardt & Madau 2012)或红移z~6(Puchwein et al. 2019)。与大尺度和小尺度Lyman α透射通量功率谱P(k)在红移2 <~ z <~ 5.5处的观测结果比较,模型的相对一致性依赖于尺度,自洽的Puchwein等人(2019)IGM光加热和光电离模型与红移2 <~ z <~时k >~ 0.01 s/km处的通量P(k)吻合良好。3.5.在较大尺度上,P(k)的振幅从z~4.6增加到z~2.2的速度比模式快,并且在k = 0.002-0.01 s/km时介于2.2 <z <~ 4.6之间。我们认为可以通过改变与活动星系核相关的HeII光加热率来降低z~3处的IGM温度来改进模型。在较高的红移z>~4.5时,观测到的通量P(k)振幅以介于两个模型之间的速率增加,我们认为,对于氢再电离…
2021-03-24 astro-ph.CO
The VIMOS Ultra-Deep Survey (VUDS): IGM transmission towards galaxies with 2.5<z<5.5 and the colour selection of high redshift galaxies
观测到的遥远星系的紫外静止标架光谱是星系内禀辐射与星系际介质(IGM)沿视线吸收的结果。本文分析了VIMOS超深巡天(VUDS)中2127个2.5<z<5.5星系的平均IGM透射率Tr(Ly_alpha)及其沿视线的色散的演化。我们使用光谱拟合算法GOSSIP+拟合模型光谱,结合IGM传输范围到星系光谱。我们使用这些拟合得到的平均IGM传输到每个星系的几个红移切片从z=2.5到z=5.5。我们发现在红移2.75,3.22,3.70,4.23,4.77处,IGM的平均透过率分别为79%,69%,59%,55%和46%。我们比较这些结果从类星体的视线获得的测量,并发现IGM传输到星系是在极好的协议与类星体的值红移z~4。与类星体的结果相比,我们发现了在z>= 4时IGM透射率更高的初步证据,但是如果在z>4时恒星形成星系的内部尘埃消光的平均值显著超过E(B-V)>0.15,则尘埃消光和IGM之间的简并性阻止得出确切的结论。最重要的是,我们发现了一个大的分散的IGM传输沿视线对遥远的星系与68%的分布在10至17%的中值在三角洲z=0.5箱,类似于什么是发现对类星体的LOS。我们证明了在选择高红移星系时,根据它们的颜色特性(例如LBG或光度红移选择)或以其他方式在选择高红移星系种群时面临显着的不完整性时,考虑到这种大范围的IGM传输的重要性。
2014-11-20 astro-ph.CO
The Impact of the WHIM on the IGM Thermal State Determined from the Low-$z$ Lyman-$α$ Forest
本研究基于莱曼α森林的b-N_HI分布,利用机器学习模拟推断方法探究WHIM对低红移IGM热状态测量的影响,发现现实条件下该分布对WHIM不敏感,且可可靠测量热状态参数。
2023-08-28 astro-ph.CO
Optical Afterglows and IGM Attenuation
伽马射线暴(GRB)的光学余辉由于其宇宙学起源,在GRB视线内通过星系际吸收体时会发生衰减。如果不知道吸收体的数量和它们的物理性质,就不能精确地确定吸收对观测震级的影响。不同的方法已被应用,以纠正这种影响的统计,无论是使用半解析计算或数值模拟。我们遵循这些工作,并提出了预期的星等修正作为一个函数的红移的一组最常用的过滤器在科学界。结果可在网络(http://www.example.com)上以电子方式获得。igmac.fmf.uni-lj.si
2012-06-06 astro-ph.CO astro-ph.HE
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
Spatial fluctuations of the intergalactic temperature-density relation after hydrogen reionization
再电离后IGM的热状态对再电离的时间和电离源的性质敏感。我们在这里模拟了IGM的热状态在宇宙学辐射转移模拟一个现实的,扩展的,空间不均匀的氢再电离过程,仔细校准与Ly-alpha森林数据。我们将这些与使用空间均匀电离背景运行的宇宙学模拟进行比较。与现实的增长的电离区域和现实的传播再电离红移的模拟显示,正如预期的那样,显着的空间波动的温度-密度关系(TDR)的后再电离IGM。最近电离的区域是最热的,并表现出较平坦的TDR。在与从Ly-alpha森林数据推断的平均TDR一致的模拟中,这些空间波动对IGM在z ~ 4-6处的Ly-alpha不透明度的统计特性具有中等但显著的影响。在精确测量IGM的热性质和来自Ly-alpha森林数据的暗物质在此红移范围内的自由流时,应考虑到这一点。然而,我们的模拟预测的TDR的空间变化比解释z > 5.5时在大尺度(> 50 Mpc/h)上观察到的大空间不透明度波动所需的小约两倍。
2018-05-16 astro-ph.CO
Reconstructing the Fraction of Baryons in the Intergalactic Medium with Fast Radio Bursts via Gaussian Processes
快速射电暴(FRB)是天文学和宇宙学研究的一个新的热点。由于FRB的河外起源和宇宙起源,它可以用来研究星系际介质(IGM)和宇宙膨胀。预计在不久的将来,通过识别它们的宿主星系或对应星系,将可以获得许多具有确定红移的FRB。$\rm DM_{IGM}$是IGM对FRB观测色散测度的贡献,它承载着IGM和宇宙膨胀历史的关键信息。因此,我们可以通过使用具有确定红移的FRB来研究宇宙的演化。在本工作中,我们对IGM中的重子质量分数$f_{\rm IGM}$感兴趣,它对研究宇宙膨胀和“重子丢失”问题是有用的。我们建议通过一个完全与模型无关的方法,即高斯过程,重建作为红移$z$与FRB的函数的$f_{\rm IGM}$的演化。由于没有大样本的FRB与确定的红移,我们使用模拟FRB代替。通过各种模拟,我们表明,这种方法效果良好。
2020-04-20 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Probing the parameters of the intergalactic medium using quasars
我们继续我们的系列论文星系际介质(IGM)示踪剂使用类星体(QSO),检查伽马射线暴(GRB)和耀变体在早期的研究。我们估计IGM的氢柱密度(Nhxigm),温度和金属丰度使用XMM-牛顿类星体光谱在一个大的红移范围内,与碰撞电离平衡(CIE)模型的电离等离子体。的Nhxigm参数的结果是强大的内在的幂律,光谱计数,反射峰和软过剩功能。有范围的光度偏差的光度和Nhxigm规模与红移,但我们发现这不太可能考虑到一致的IGM参数结果在其他示踪剂类型的审查。插入高柱密度吸收器的影响被发现是最小的。来自类星体样本的Nhxigm标度为(1 + z)^1.5 +/-0.2。z = 0时的平均氢密度为n 0 =(2.8 +/- 0.3)x 10^-7 cm^-3,整个红移范围内的平均IGM温度为log(T/K)= 6.5+/-0.1,平均金属丰度为[X/H] = -1.3+/-0.1(Z 0.05)。与我们以前的GRB和blazar示踪剂聚合,我们得出结论,我们已经提供了IGM的贡献,并在光谱中看到的总X射线吸收的证据。这些结果是基于IGM所使用的必要的简化板模型,由于目前的X射线数据无法约束IGM红移分布
2022-03-20 astro-ph.CO
The intergalactic medium thermal history at redshift z=1.7--3.2 from the Lyman alpha forest: a comparison of measurements using wavelets and the flux distribution
本文通过对Lyman α森林透射通量的小尺度涨落的研究,探讨了星系际介质(IGM)在红移区间z=1.7- 3.2的热历史。我们应用小波滤波技术,以18个高分辨率的类星体光谱获得的紫外和视觉Echelle光谱仪(UVES),并比较这些数据的合成光谱从一套流体动力学模拟IGM的热状态和宇宙学参数是不同的。从小波分析,我们得到的IGM热状态的估计是在最近的其他独立的基于小波的测量结果吻合得很好。我们还使用莱曼α森林通量概率分布函数(PDF),它以前曾被用来测量IGM温度-密度关系的相同的数据集进行再分析。这为IGM热状态的测量提供了重要的一致性测试,因为它能够直接比较使用这两种不同方法获得的约束。我们发现从小波和通量PDF得到的约束是相互一致的,虽然与以前的研究一致,通量PDF约束有利于等温或倒置IGM温度-密度关系。我们还通过结合我们的小波和通量PDF测量来进行联合分析,将z=2.1处的IGM热状态约束为具有平均密度T0/[10^3 K]=17.3 +/- 1.9的温度和幂律温度-密度关系指数gamma=1.1 +/- 0.1(1 sigma)。我们的结果与先前的观测结果一致,这些观测结果表明在z<4的IGM中可能存在额外的加热源。
2012-05-03 astro-ph.CO
Keeping the Universe ionised: photoheating and the high-redshift clumping factor of the intergalactic gas
维持星系际氢离子化所需的临界恒星形成率密度,主要取决于星系际介质(IGM)中再结合的平均速率。这个速率与聚集因子C = <rho_b^2> / avg(rho_b)^2成正比,其中rho_b和avg(rho_b)分别是局域和宇宙平均重子密度,括号< >表示IGM中重组气体的空间平均值。我们进行了一套宇宙学的光滑粒子流体动力学模拟,包括辐射冷却计算的体积加权聚集因子的IGM在红移z >= 6。我们调查的光电离加热均匀的紫外线背景的影响,并发现,光加热强烈地降低了成团因子的增加压力支持平滑小规模的密度波动。即使是我们对聚集因子C = 6的最保守估计,也比通常用于确定恒星形成星系保持z=6 IGM电离能力的聚集因子小五倍。我们的结果意味着,在z = 6时观测到的恒星形成星系的数量可能足以使IGM保持电离状态,前提是IGM在z >~ 9时被再加热,并且逃离恒星形成区域电离IGM的电离光子的比例大于0.25。
2009-12-21 astro-ph.CO
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