Universe opacity and CMB
本文提出了一个新的宇宙学模型，其中的宇宙微波背景（CMB）是星系际尘埃的热辐射，而不是大爆炸的残余辐射。该模型表明，一个几乎透明的局域宇宙在红移$z > 2-3$处变得相当不透明。这种不透明性在Ia型超新星的数据中很难检测到，但用类星体的数据证实了这一点。不透明度随着红移的增加而急剧增加，这是因为在前一个纪元中星系际尘埃的固有密度很高。星系际尘埃的温度随着$(1+z)$的增加而增加，正好补偿了红移引起的波长变化，因此尘埃辐射看起来就像是单一温度的黑体辐射。预测的尘埃温度为$T^{D} = 2.776 \, \mathrm{K}$，与CMB温度相差仅1.9%，预测的CMB总强度与EBL强度之比为13.4，与观测值的12.5接近。宇宙微波背景辐射的温度波动是由宇宙中的星系团和空洞产生的电子边界层波动引起的。与温度各向异性相关的CMB的极化异常是由在团簇和空洞周围的大尺度磁场排列的针状导电尘埃颗粒的极化热发射引起的。$z > 4$光度密度的强烈下降被解释为宇宙高度不透明的结果，而不是在高红移时全球恒星质量密度下降的结果。
2018-04-18 astro-ph.CO
Upper Limit on Dimming of Cosmological Sources by Intergalactic Grey Dust from the Soft X-ray Background
活动星系核（AGN）产生的软X射线背景（SXB）约占80%，其光子能量为0.5<E<2 keV。如果尘埃弥漫在星系际介质中，它的散射不透明性会在活动星系核周围产生弥散的X射线晕。考虑到已知的星系和星系团，只有一小部分F_halo <10%的SXB可以在活动星系核周围以弥散X射线晕的形式存在。因此，我们限制星系际不透明度的光学/红外光子从大尘埃颗粒（半径范围为a=0.2-2.0 μ m）的水平τ_GD<0.15（F_halo/10%）的红移z~1。我们的结果仅弱依赖于星系际尘埃的粒度分布或红移演化。活动星系核X射线图像的叠加可以用来改善我们的约束条件，并减少尘埃作为未来超新星调查的系统不确定性来源的重要性，这些调查旨在提高测量暗能量状态方程红移演化的精度。
2009-02-26 astro-ph.CO
The Opacity of the Intergalactic Medium Measured Along Quasar Sightlines at $z\sim 6$
我们公开发布了一个新的$34$中等分辨率类星体光谱的样本，在$5.77\leq z_{\rm em}\leq6.54$观测的Echellette摄谱仪和成像仪（ESI）的凯克望远镜。这个类星体样本代表了一个理想的实验室，研究星系际介质（IGM）在再电离时代的结束阶段，并限制相变的时间和形态。对于我们最高信噪比光谱的$23$子集（S/N $>7$，每个$10\,{\rm km\,s^{-1}}$像素），我们提出了一个新的测量莱曼- $α$（Ly $α$）森林不透明度跨越红移范围$4.8\lesssim z\lesssim6.3$。我们仔细地消除了光谱区域，这些区域可能会导致我们的测量偏差，这是由于类星体邻近区域的额外透射通量，或者由于沿视线的强干扰吸收系统引起的额外吸收。我们比较观察到的IGM不透明度与红移的演变预测从流体动力学模拟均匀的紫外线背景（UVB）辐射，以及两个半数值补丁再电离模型，一个波动的UVB和另一个波动的温度场。我们的测量结果表明，在$z\gtrsim5.0$的不透明度急剧上升，散射增加，从而支持一个空间不均匀的再电离过程的图片，与以前的工作一致。然而，我们在$5.3\lesssim z\lesssim5.7$测量的光学深度明显高于以前的研究，这降低了最高不透明度Gunn-Peterson槽和IGM的平均不透明度趋势之间的对比度，这可能会缓解一些以前注意到的这些测量…
2018-08-14 astro-ph.CO astro-ph.GA
Anomaly in the Opacity of the Post-Reionization Intergalactic Medium in the Ly$α$ and Ly$β$ Forest
我们测量星系际介质（IGM）的不透明度在Ly $α$以及在Ly $β$森林沿$19$类星体视线之间的$5.5\lesssim z_{\rm abs}\lesssim 6.1$，探测再电离时代的结束阶段。由于其较低的振子强度，Ly $β$跃迁比Ly $α$对不同的气体温度和密度敏感，从而对IGM的电离和热状态提供额外的约束。将我们的测量结果与不同的非均匀再电离模型进行比较，这些模型来自对Nyx宇宙学流体动力学模拟的后处理，以包括紫外背景（UVB）或气体温度场的空间波动，以及IGM具有不同热状态的均匀再电离模型，得出两个主要结论：首先，我们发现，包括光谱噪声的影响是一个适当的数据模型比较的关键。噪声有效地降低了对高不透明度区域的敏感性，因此需要比先前推断的更强的空间不均匀性来匹配观测中观察到的散射。第二，我们发现，模型接近再现的分布的LY $α$有效的光学深度，但低估的LY $β$不透明度在相同的空间位置。这种分歧的起源还不完全清楚，但模型与反演的温度密度关系的IGM刚刚完成再电离后，匹配我们的测量最好的，虽然他们仍然没有完全捕获的观测结果在$z\gtrsim 5.8$。
2019-06-18 astro-ph.CO astro-ph.GA
The hyperfine transition of 3He+ as a probe of the intergalactic medium
探讨了~ 3 He ~+超精细跃迁作为星系际介质探测器的前景。在再电离过程中，电离区的发射信号预计将与21厘米图反相关。预测的发射信号从莱曼α斑点在较低的红移是可检测的未来无线电天文台。
2009-05-12 astro-ph.CO
Detection of X-ray Emission from the Warm-Hot Intergalactic Medium through the Angular Autocorrelation Function with Chandra
我们已经使用了角自相关函数（AcF）与钱德拉的ACIS-S仪器的指向。然而，我们确定，钱德拉的背景低于1千电子伏的贡献是太高，以实现合理的灵敏度。
2012-09-27 astro-ph.CO
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
Constraints on Dark Matter-Baryon Scattering from the Temperature Evolution of the Intergalactic Medium
星系际介质（IGM）的热演化可以作为宇宙学热源和热汇的灵敏探针。我们用它来限制暗物质和重子之间的相互作用。在再电离之后，IGM温度由光加热和绝热冷却之间的平衡来设定。我们使用测量的IGM温度从莱曼- $α$ -森林的数据来约束横截面$σ$之间的暗物质和重子，发现$σ< 10^{-20}$厘米$^2$的暗物质质量$m_χ\leq 1$ GeV。这提供了在红移$z\sim5$处的暗物质和重子之间的散射的第一个直接约束。
2017-11-14 astro-ph.CO
Estimation of the temperature-density relation in the intergalactic medium at $\mathbf{z\sim 2-4}$ via Ly$\mathbfα$ forest
类星体光谱提供了一个独特的机会，研究星系际介质在高红移。对Ly $α$森林的谱分析使我们能够约束星系际介质的有效状态方程及其在宇宙演化过程中的变化。本文根据Keck望远镜获得的50个高分辨率类星体光谱中Ly $α$森林线的Voigt轮廓拟合，给出了$z=1.6-3.7$范围内6个红移仓IGM中温度-密度关系的幂律指数$γ$的新测量值。我们发现IGM态在$z\sim 3$处接近于等温态（$γ\approx 1$），这可能表明HeII在此红移处发生了再电离.
2018-06-04 astro-ph.CO
The Evolution of the Intergalactic Medium
宇宙物质的大部分存在于一个稀释的水库，充满了星系之间的空间，星系际介质（IGM）。这个储藏库的历史与宇宙的结构形成、恒星形成和超大质量黑洞吸积的历史密切相关。我们的IGM模型在中等红移（2<z<5）是一个巨大的成功，定量地解释了星系际氢的莱曼α吸收的统计。然而，在较低和较高的红移（以及星系周围），关于IGM还有很多未知之处。我们回顾的理论模型和测量，形成的基础上的IGM的现代理解，我们讨论未解决的难题（从大部分不受约束的过程中的再电离在高Z的重子在低Z失踪的问题），突出的努力，有可能解决这些问题。
2016-08-25 astro-ph.CO
Hydrodynamic Response of the Intergalactic Medium to Reionization II: Physical Characteristics and Dynamics of Ionizing Photon Sinks
Becker等人（2021）在$z=6$的IGM中测量了莱曼极限光子的平均自由程。短值表明，反射可能在再电离中起了重要作用。在这里，我们研究电离光子汇的电离锋（I-锋）的唤醒使用辐射流体动力学模拟的物理性质。我们量化的贡献，气体结构的莱曼极限不透明度跟踪列密度分布在我们的模拟。在I-front通道的$Δt = 10$ Myr内，我们发现自屏蔽系统（$N_{\rm HI} > 10^{17.2}$ cm $^{-2}$）由两种不同的粒子群组成：（1）与电离背景处于光电离平衡的过密度$Δ\sim 50$结构;（2）具有完全中性核的$Δ\gtrsim 100$密度峰。在这些时候，自屏蔽系统贡献了一半以上的不透明度，但IGM在$Δt \sim 100$ Myr中相当大地发展，因为结构被压力平滑和光蒸发压平。通过$Δt = 300$ Myr，它们对宇宙中平均1 Mpc $^3$斑块的不透明度做出了$\lesssim 10 \%$贡献。在过密的斑块中，这个百分比可能要大一些，因为那里有更多的自屏蔽系统存活下来。我们量化了自屏蔽结构的特征质量和尺寸。在I-前通道后不久，我们发现$M=10^{4} - 10^8$ M $_\odot$和有效直径$d_{\rm eff} = 1 - 20$ ckpc $/h$。这些尺度随着气体的弛豫而增大。本文所呈现的图像在具有抑制的小尺度功率的暗物质模型中可能不同…
2021-08-10 astro-ph.CO
Analytical Models of the Intergalactic Medium and Reionization
再电离是宇宙中的氢（和氦）被来自第一光源的辐射电离的过程。从理论上讲，再电离的重要性在于它与第一宇宙结构的形成密切相关，因此在模拟这一过程方面付出了相当大的努力。我们给出了一个教学概述不同的分析方法用于建模再电离。我们还讨论了不同的意见有关的再电离，并展示了如何使用它们来约束再电离的历史。
2009-04-29 astro-ph.CO
Measurement of the small-scale structure of the intergalactic medium using close quasar pairs
星系际介质（IGM）中扩散气体的分布在被称为莱曼- $α$森林的遥远背景类星体的光谱上留下了一系列氢吸收线。宇宙流体动力学模拟预测，IGM密度波动被抑制在一个特征尺度以下，其中热压力平衡重力。我们测量了这种压力平滑规模量化吸收相关性的样本密切类星体对。我们将我们的测量结果与流体动力学模拟进行了比较，其中压力平滑由IGM的综合热历史确定。我们的研究结果是一致的标准模型的光致电离加热的紫外线辐射背景，再电离宇宙。
2017-04-26 astro-ph.CO
Identifying the Baryons in a Multiphase Intergalactic Medium
在本白皮书中，我们总结了当前在低红移下的重子普查观测结果（Shull，Smith，& Danforth 2012）。对Lya、O-VI和宽Lya吸收体的测量，加上对金属丰度和电离分数的更仔细的修正，现在可以解释星系际介质（IGM）中大约60%的重子。另外5 +/- 3%可能存在于环星系介质（CGM）中，7 +/- 2%在星系中，4 +/- 1.5%在星系团中。这仍然留下了相当大的一部分，29 +/-13%，下落不明。我们建议改进测量的重子在IGM和CGM的主要组成部分与未来的紫外和X射线摄谱仪。这些任务可以找到并绘制失踪的重子，星系形成和化学演化的燃料。
2012-08-15 astro-ph.CO
Equation of state of the intergalactic medium in the early Universe
类星体光谱中Ly $α$森林的光谱被证明是探测星系际气体的有用工具。我们开发了Ly $α$林线Voigt轮廓拟合的自动程序。我们在Keck望远镜存档的9个高分辨率（$\sim 50000$）类星体的高信噪比（$\sim 50 -100$）谱上运行该程序，获得了拟合良好的Ly $α$单谱线的样本。用物理上合理的模型拟合该样品的柱密度和多普勒参数的联合二维分布，我们估计了星系际介质状态方程在红移范围$z\sim 2-3$内的幂律指数$γ$。我们发现，我们的测量是在协议与其他群体获得的Voigt轮廓拟合技术的测量。
2018-03-02 astro-ph.CO
Turbulence production and turbulent pressure support in the intergalactic medium
利用网格流体动力学模拟方法研究了星系际介质中湍流的注入和演化，其中包括一个亚网格尺度（SGS）小尺度湍流模型。模拟结果表明，在团内介质（ICM）和暖热星系际介质（WHIM）中，湍流的产生具有不同的红移依赖性。我们发现，在ICM中的湍流主要是由合并引起的剪切流，而在WHIM的生产是由激波相互作用为主。其次，研究了动压支承对引力收缩的影响。在重子超密度为1 < delta < 100的WHIM气体中，这种湍流支持更强，与ICM的相关性较小。虽然具有大涡度的气体的相对质量分数是相当大的（52%的ICM），我们发现，只有约10%的质量，这是动态相关的，即不相关的一个同样大的热压力支持。根据这一结果，一个重要的非热压力支持抵消引力收缩是宇宙流中的局部特征，而不是广泛的特征。
2011-02-16 astro-ph.CO
Reionization of the Intergalactic Medium
在复合之后，宇宙气体处于冷的中性状态。然而，当第一批恒星和黑洞在早期星系系统中形成时，它们的紫外线和X射线辐射导致星系际气体逐渐相变，进入我们目前观察到的温暖和电离状态。这个过程被称为宇宙再电离。了解与星系和恒星形成有关的能量沉积如何塑造星系际气体的性质是当今宇宙学的主要目标之一。此外，再电离反作用于星系演化，决定了高红移星系群的许多特性，这些特性代表了我们目前发现宇宙的前沿。在这两节课中，我们提供了宇宙再电离和星系际介质的教学概述，以及这些领域中的一些开放性问题。
2014-09-17 astro-ph.CO
Constraints on Large-Scale Magnetic Fields in the Intergalactic Medium Using Cross-Correlation Methods
星系际介质中的大尺度相干磁场被认为在宇宙网的形成和演化以及大尺度反馈机制中起着关键作用。然而，它们在理论上是非常弱的，在纳米高斯范围内。为了寻找这些弱磁场的统计特征，我们在$z > 0.5$和$0.1 < z< 0.5$的大尺度结构的1742个射电星系的法拉第旋转测量之间进行了互相关，由1800万个光学和红外前景星系跟踪。在不确定度限度内未检测到显著相关信号。我们能够确定模型相关的$3 σ$上限的平行分量的平均磁场强度的灯丝在星系际介质的$\sim 30 \ \mathrm{nG}$之间的$1$和$2.5 \ \mathrm{Mpc}$的相干尺度，对应于一个平均上限RM增强$\sim 3.8 \ \mathrm{rad/m^{2}}$由于灯丝沿所有探测视线。这些上限与以前使用其他技术发现的上限是一致的。我们的方法可用于进一步约束星系际磁场与即将到来的未来无线电极化调查。
2021-03-22 astro-ph.CO
Infra-red emission line tomography of the intergalactic medium during the Epoch of Reionization
第一个主要的恒星形成星系和活动星系核将产生巴耳末和高阶扩展晕在再电离时代通过散射莱曼共振线光子周围的中性星系际气体。散射率的光学深度依赖性将产生对气体密度和速度波动都敏感的信号，从而提供探测年轻恒星形成星系周围的电离区和流场的可能性。讨论了使用天基望远镜探测红外线晕的要求，并评估了使用詹姆斯·韦伯太空望远镜上的可调滤波成像仪探测晕的可能性。
2012-01-26 astro-ph.CO
Measuring the equation of state of the high-z intergalactic medium using curvature statistics
利用流体动力学模拟，我们探索了利用曲率分布函数的平均值和平均值来恢复高$z$（$2 < z < 4$）星系际介质（IGM）的状态方程。我们发现，绝对曲率分布的平均值和平均值与在每个红移的各个特征超密度$\barΔ_i$处测得的温度密切相关。因此，它们提供了相同的基本温度-密度分布的互补探针，并且原则上可以用于同时恢复IGM有效状态方程的两个参数$T_0$和$γ$。我们量化的恢复参数$T_0$和$γ$从固有的散射特性的超密度和曲率测量的不确定性的相关误差。
2015-03-09 astro-ph.CO
Far-infrared emission from intergalactic medium in Stephan's Quintet revealed by AKARI
斯蒂芬五重奏（SQ，HCG 92）是用AKARI上的远红外探测器（FIS）在65，90，140和160 μ m的四个远红外（IR）波段观察到的。AKARI的SQ四波段图像显示了SQ星系际介质（IGM）中的远红外辐射。特别是，160微米波段的图像显示单峰发射，除了在140微米波段，H2发射和X射线发射中看到的沿激波脊在南北方向延伸的结构。虽然大部分的远红外辐射在冲击区来自冷尘埃成分，冲击动力[CII] 158微米的发射可以显着贡献的发射在160微米波段，显示出一个单一的峰值在冲击区。在激波区，观测到的气尘质量比与银河系一致。冷尘埃成分的色温（~20 K）低于周围星系的色温（~30 K）。我们讨论了星系际尘埃排放的可能来源。
2011-03-03 astro-ph.CO
The heating rate of the Intergalactic Medium by Lyman-$α$ photon scattering
Institute for Astronomy, University of Edinburgh（爱丁堡大学天文研究所）；Royal Observatory of Edinburgh（爱丁堡皇家天文台）
研究星系际介质中中性氢温度与21厘米宇宙黎明射电吸收特征强度的关系，用数值解精确辐射传输方程计算高红移点源的莱曼-α光子加热效率，发现其比常用扩散近似计算的率小几倍。
2026-07-07 astro-ph.CO
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
Missing dust signature in the cosmic microwave background
我检查了一个可能的光谱失真的宇宙微波背景（CMB）由于其吸收星系和星系际尘埃。我表明，即使是微妙的星系际不透明度$1 \times 10^{-7}\, \mathrm{mag}\, h\, \mathrm{Gpc}^{-1}$的CMB波长在本地宇宙中的CMB吸收和CMB强度的下降，因为不透明度急剧增加红移的原因不可忽略。宇宙微波背景辐射即使在由红移$z < 10$定义的宇宙时期也应该是扭曲的。对于这个时期，CMB的最大光谱失真至少为300 GHz处的$20 \times 10^{-22} \,\mathrm{Wm}^{-2}\, \mathrm{Hz}^{-1}\, \mathrm{sr}^{-1}$，远高于COBE/FIRAS、WMAP或普朗克通量测量的灵敏度。如果尘埃质量被认为是红移依赖的，在红移2-4处有明显的尘埃丰度，预测的CMB失真甚至更高。在完全透明的宇宙中，由于星系中的尘埃，宇宙微波背景辐射也会发生畸变，但这种效应比星系际不透明度低一个数量级。宇宙微波背景辐射被尘埃扭曲的现象并没有被观测到，这一事实很有趣，它对不透明度和消光定律的测量以及当前宇宙模型的有效性提出了质疑。
2017-06-15 astro-ph.CO astro-ph.GA
Metal abundances in the high-redshift intergalactic medium
20年来，8-10米级望远镜的高分辨率光谱学极大地扩展了我们对z>2宇宙中气相金属丰度的看法。这篇文章简要总结了这些研究如何揭示星系际介质中广泛的金属污染，在z~3处的中位丰度[C/H] ~ -3.5，从z~4.3到z~2.4增加了~2-3倍。在典型的星系晕密度较高的情况下，观测发现莱曼极限系统的金属丰度分布范围为5个数量级，从超太阳（[M/H]~+0.7）到原始（[M/H]< -4）气体云。最后，中性阻尼Ly-alpha系统被富集到[M/H] ~ -1.5的中值金属丰度，随着红移到z ~ 4.5而缓慢下降，在该点处，随着再电离的结束，它似乎更迅速地演变。
2013-12-18 astro-ph.CO
Thermal state of the intergalactic medium near to the optical limit for the Ly-$α$ forest
本文研究了$1.6 \leq z < 2.0$区域内星系际介质的温度-密度关系。为此目的，Ly- $α$森林分解成个人的吸收轮廓被用于研究35个公开可用的类星体光谱获得的紫外和视觉中阶梯光谱仪（UVES）的甚大望远镜（ESO）和高分辨率中阶梯光谱仪（HIRES）的凯克望远镜。为了确定$b - N_{HI}$分布中的热状态敏感截止位置，采用了迭代拟合过程。使用模拟Ly- $α$森林数据进行校准的测量产生的23个流体动力学模拟与不同的热历史。平均密度温度的值对应于各种模型预测的在较低红移处的下降趋势。在幂律指数的情况下，确定的值接近1.6，这是预期在所有再电离事件后，在各种模型假设的平衡的光加热与绝热冷却。
2021-05-17 astro-ph.CO
The intergalactic medium in the cosmic web
星系际介质（IGM）占所有时期重子的90%，但它在宇宙网中的三维分布仍然是未知的。之所以如此，是因为观察IGM主体的唯一可行方法是通过明亮背景源光谱中的介入吸收线系统，这将其表征限制为一维。尽管如此，通过将多个一维IGM信息与三维星系巡天相结合和交叉匹配，可以获得平均的三维图像。在这里，我们提出了我们最近和目前的努力，映射和表征IGM在宇宙网络中使用星系作为示踪剂的基本质量分布。特别是，我们总结了我们的研究结果：（一）IGM周围的恒星形成和非恒星形成星系;（二）IGM内和周围的星系空洞;（三）IGM在星系团间细丝。有了这些数据集，我们可以直接测试宇宙中重子物质结构形成和演化的现代范式。
2014-10-01 astro-ph.CO
Evidence of X-ray emission from the Warm Hot Intergalactic Medium
本研究通过对XMM-Newton和eROSITA数据进行功率谱分析，首次高置信度间接探测到来自温热星系际介质的X射线辐射，填补了宇宙大尺度结构演化图景的关键空白。
2023-07-26 astro-ph.CO
Do Cosmic Rays Heat the Early Intergalactic Medium?
宇宙射线（CR）控制着现今星系的能量，并且可能在再电离时期也扮演了关键角色。特别是，第一颗超新星加速的低能（$E \lesssim 10$ MeV）CR的能量沉积，可能在中性星系际介质（IGM）（$z \approx 20$）被重新电离之前就已经加热并电离了它，这大大增加了X射线或暗物质湮灭的类似效应。使用一个简单的，但物理动机的再电离模型，和CR能量损失的彻底实施，我们表明，CR有助于IGM电离可以忽略不计，但加热它大幅提高其温度由$ΔT=10-200$ K由$z=10$，取决于CR注入光谱。这IGM预热是否是均匀的或群集周围的第一个星系取决于CR扩散，反过来又取决于自约束的效率，由于等离子体流的不稳定性，我们详细讨论。这方面是至关重要的，以解释未来的HI 21厘米的观测，可用于获得独特的信息，早期星系间磁场的强度和结构，和CR加速的效率的第一个超新星。
2017-03-27 astro-ph.CO
Fast Radio Bursts as Probes of Magnetic Fields in the Intergalactic Medium
我们研究了河外线偏振快速射电暴（FRB）的色散测度（DM）和法拉第旋转测度（RM）可以用来探测星系丝中的星系际磁场（IGMF）的建议。通过宇宙网的DM主要由来自丝中的温热星系际介质（WHIM）和来自空隙中的气体的贡献。另一方面，在星系团中，RM主要由热介质引起，只有一小部分是在WHIM中产生的。我们表明，如果排除FRB的视线通过星系团，在灯丝，$B_{||}$，IGMF的视线强度约为$C(\langle 1+z \rangle/f_{DM})(RM/DM)$，其中$C$是一个已知的常数。在这里，FRB的红移不需要知道; $f_{DM}$是由于WHIM导致的总DM的分数，而$\langle 1+z \rangle$是由WHIM气体密度加权的干涉气体的红移，这两个都可以通过FRB的DM来评估给定的宇宙学模型。使用数据的结构形成模拟和模型IGMF，我们表明，$C(\langle 1+z \rangle/f_{DM})(RM/DM)$密切再现密度加权线的视线强度的IGMF的丝的大尺度结构。
2016-05-07 astro-ph.CO
Towards a Unified Description of the Intergalactic Medium at Redshift z~2.5
我们检查了最近对z~2.5星系际介质（IGM）的测量，这些测量将HI频率分布f（N）和平均自由程MFP约束到电离辐射。我们认为，线混合和集群的强吸收线系统，导致以前的作者系统地高估了有效的莱曼极限不透明度，产生太小的MFP的IGM。我们进一步表明，最近发表的测量f（N）在log NHI ~ 16存在强烈的分歧，这意味着低估了样本方差和/或系统学（如线饱和度）的不确定性。考虑到f（N）测量的较大不确定性，本文提出了一种新的三次Hermite样条函数f（N）模型，该模型在随机分布吸收系统的假设下，合理地满足了所有的观测约束。然而，我们警告说，这种形式主义是无效的光吸收集群和使用玩具模型来估计的影响。未来的工作必须适当地考虑IGM的非泊松性质。
2014-01-20 astro-ph.CO
Quasar Ionization Front Lyα Emission in an Inhomogeneous Intergalactic Medium
类星体在再电离过程中的电离前沿（T ~ 30，000 K，中性氢分数~ 0.5）的条件是通过氢原子的碰撞激发产生莱曼α发射的理想条件。对这种辐射的观测，可以在天空中对向大于10弧分的$^2$，将明确地证明在所观测的时期存在中性星系际介质，对再电离的进展施加有价值的限制。我们发现，预期的莱曼α表面亮度明显弱于先前确定的，可能是不可能观察到与当前和不久的将来的仪器。过去的工作计算了莱曼α发射从类星体电离前在均匀介质中的聚集因子近似占不均匀性。我们发现，使用一维辐射转移计算，这种近似高估了发射的一个因素>3。我们的计算模型的电离光子的传播和计算莱曼α发射类星体电离前沿的视线从流体动力学宇宙学模拟在z = 7.1。为了更好地理解发射的物理性质，我们还开发了一个分析模型，准确地描述了完整的辐射转移计算的结果。
2014-09-02 astro-ph.CO
An updated analytic model for the attenuation by the intergalactic medium
我们提出了一个更新版本的所谓的Madau模型的星系间中性氢对遥远物体的辐射衰减。首先，我们从Ly $α$森林，莱曼极限系统和阻尼Ly $α$系统的最新观测统计数据导出星系际吸收体的分布函数。分布函数很好地再现了观测到的红移演变的Ly $α$抑郁症和平均自由程的莱曼连续。然后，我们推导出一组解析函数，它描述了平均星系际衰减曲线的对象在$z>0.5$。新的模型预测通过通常的宽带滤波器相对于原始Madau模型，$z\simeq3$ -5（$z>6$）源的Ly $α$衰减更少（或更多）。这可能会导致测光红移估计的系统差异，然而，这仍然是小到约0.05。最后，我们发现超过0.5 mag高估的莱曼连续衰减在原来的马道模型在$z>3$，这导致了显着的overcorrection对直接观测的莱曼连续星系。
2014-05-12 astro-ph.CO
Exploring the Thermal State of the Low-Density Intergalactic Medium at z=3 with an Ultra-High Signal-to-Noise QSO Spectrum
在低密度下，星系际介质（IGM）的标准电离历史预测，一旦氢（和氦）再电离完成，IGM的温度将随着密度的降低而降低。将高红移、低密度的IGM加热到光加热预期的温度以上是困难的，并且先前基于$2<z<4$的Lyman-$α$森林数据中不透明度的概率密度函数（PDF）的宇宙低密度区域中的高/上升温度的说法已经受到了相当大的怀疑，特别是因为它们似乎与温度-密度关系（TDR）上的其他约束处于紧张状态。在这里，我们利用一个超高的信号-噪声谱的类星体HE 0940 -1050和一种新的技术来研究的PDF的低不透明度的一部分。我们表明，确实有证据（在90%的置信水平），一个显着的体积分数的密度下的区域在$z \sim 3$的温度高或高于那些在密度相当于平均值和以上。我们进一步证明，这一结论仍然是一致的测量的斜率的TDR在过密的区域，这意味着随着密度降低的温度降低，如预期的，如果光加热的电离氢是占主导地位的加热过程。我们简要地讨论了我们的研究结果的影响，需要调用空间温度波动，如预期在氦再电离，或额外的过程中，热的低密度IGM的显着体积分数。
2016-11-11 astro-ph.CO
Gamma-ray induced cascades and magnetic fields in intergalactic medium
利用蒙特卡罗模拟方法研究了多TeV γ射线与宇宙学红外/光子背景相互作用在星系际介质中引发的三维电磁级联。级联中的次级电子在被宇宙微波背景辐射光子散射之前被星系际磁场偏转。这导致了在银河系外极高能伽马射线源周围的多GeV和TeV能量的0.1-10度尺度的辐射。一般来说，扩展发射的形态取决于星系际介质中磁场的性质。利用Monte-Carlo模拟数据，我们证明了扩展源的尺寸随能量的增加而减小，如果存在于大尺度结构的空洞中，则可以测量到幅度在<1 e-16 G到1 e-12 G范围内的弱磁场。
2009-03-21 astro-ph.CO astro-ph.HE
Can the intergalactic medium cause a rapid drop in Lyman alpha emission at z>6?
莱曼α线的大截面使其成为探测星系际介质电离态的灵敏探针。在这里，我们提出了迄今为止最完整的研究IGM Lya不透明度，及其应用的红移演化的“Lya分数”，即分数的颜色选择的星系与可检测的Lya发射线。我们使用一个分层的方法，它结合了大规模的半数值模拟的再电离与中等规模的电离IGM的流体动力学模拟。这使我们能够同时考虑两个方面的演化：（i）不完全（斑片状）再电离的不透明度，由电离区域的填充因子Q_HII参数化;以及（ii）电离IGM中自屏蔽系统的不透明度，由HII区域内的平均光电离率r参数化。与最近的经验模型相反，斑片状再电离的衰减沿不同的视线具有单峰分布，而自屏蔽系统的衰减则更双峰。我们在我们的（Q_HII，Γ）参数空间中量化了平均IGM传输，这可以很容易地用于解释新的数据集。使用目前的观测结果，我们预测，Lya分数不能下降超过一个因素的~2与IGM衰减单独，即使对于HII填充因子低至Q_HII>0.1。Lya分数的较大变化可能是与星系性质共同演化的结果。在r上边缘化，我们发现当前观测在z=7 [68%置信水平（C.L.）]约束Q_HII < 0.6。然而，我们所有的参数空间都与95% C.L.的观测结果一致，突出了在z >= 6处需要更大的观测样本。
2014-06-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
Crucial Factors for Lyα Transmission in the Reionizing Intergalactic Medium: Infall Motion, HII Bubble Size, and Self-shielded Systems
利用CoDa II模拟方法，研究了星系际介质（IGM）再电离过程中的Ly $α$ transmittance.在$z>6$，一个没有活动星系核的典型星系，由于周围IGM的密度过高，无法在其周围形成邻近区。IGM中的引力下落运动使得共振吸收延伸到Ly $α$的红边，抑制了传输，直到大约星系的圆速度。在某些视线中，邻近星系中超新星产生的光学薄斑点会导致峰值特征，这可能会被误认为是蓝色峰值。共振吸收的红色，阻尼翼不透明度与全球IGM中性分数和源星系的UV星等相关。较亮的星系往往具有较低的不透明度，因为它们往往位于较大的HII区域，而周围的IGM传输较红的光子，由于更强的入射速度，这些光子不易受到衰减的影响。HII区域是高度非球形的，导致视线到视线和星系到星系的不透明度变化。此外，HII区域内的自屏蔽系统强烈衰减某些视线的发射。所有这些因素都增加了透射率的变化，需要较大的样本量来限制平均透射率。在较高的红移暗星系的变化最大。68%的透射率范围与$M_{\rm UV}\ge-21$在$z\ge7$的星系的中值相似或更大，这意味着需要一百多个星系才能测量10%的透射率精度。
2021-12-06 astro-ph.CO astro-ph.GA
Lyman-alpha emitters in a cosmological volume II: the impact of the intergalactic medium
在不久的将来，星系巡天将瞄准莱曼α发射星系（LAE），以揭示暗能量的本质。有人认为LAEs的可观测性与星系际介质的大尺度性质相耦合。这种耦合可能会对观察到的地方经济实体的聚类造成扭曲，给即将进行的调查的解释增加新的潜在困难。我们提出了一个LAEs模型，该模型包含了星际和星系间介质中的莱曼-α辐射转移过程。该模型已在星系形成和演化的GALFORM半解析模型中实现。我们发现星系内部的辐射转移对星系性质产生选择效应。特别是，观测到的LAE往往具有低金属丰度和中等恒星形成率。在低红移，我们没有发现LAEs的空间分布和星系际介质的属性之间的相关性的证据。然而，在高红移的LAEs与视线速度和星系际介质的密度梯度。耦合的强度取决于星系的外流性质和红移。这种效应修改了大规模LAE的聚类，增加了非线性特征。特别是，我们的模型预测修改的形状和位置的重子声学振荡峰。这项工作突出了包括辐射转移物理在LAEs的宇宙学分析的重要性。
2020-01-23 astro-ph.CO astro-ph.GA
Sensitivity of gamma-ray telescopes for detection of magnetic fields in intergalactic medium
我们探讨了当前和下一代伽马射线望远镜探测星系际介质中弱磁场的潜力。我们证明，使用两种互补的技术，观察点源周围的扩展发射和观测伽玛射线耀斑的时间延迟，将能够探测大部分的宇宙学和天体物理学有趣的部分“磁场强度“与“相关长度”参数空间。这意味着费米望远镜和地面切伦科夫望远镜的伽马射线观测将允许（a）强烈约束星系和星系团中磁场起源的理论，（b）发现、约束或排除早期宇宙演化不同阶段产生的弱原始磁场的存在。
2009-10-10 astro-ph.CO astro-ph.HE
An Improved Treatment of Cosmological Intergalactic Medium Evolution
星系形成和再电离是现代宇宙学的两个核心问题，其建模依赖于对星系际介质（IGM）的精确跟踪。不幸的是，由于这种介质的复杂性质，控制其电离状态和温度的微分方程只是近似的。在本文中，我们改进了这些主方程。我们推导出新的表达不同的复合非均匀IGM阶段，包括所有相关的电离/重组和冷却/加热机制，考虑到流入/流出/从晕，并使用更准确的重组系数。此外，为了更好地计算方程中的源函数，我们提供了一个分析程序，用于计算电离环境中的晕质量函数，占由于其环境的电离状态的偏差。这样一个改进的处理IGM演变的一部分，一个完整的现实模型的星系形成提出的其他地方。
2015-02-16 astro-ph.CO astro-ph.GA
Energy dissipation of energetic electrons in the inhomogeneous intergalactic medium during the epoch of reionization
研究了宇宙再电离时期非均匀星系际介质中高能电子随时间的能量耗散。除了原子过程之外，我们还考虑了电子在漫画微波背景（CMB）光子上的逆康普顿（IC）散射，这是能量超过几MeV的电子的能量损失的主要通道。我们证明：（1）对IGM的影响既有局部的，（原子过程）和非局部（2）氢离子和氦离子电离的能量分布依赖于初始电子能量，（3）局域重子过密度显著影响能量在各通道中的分布;（4）在宇宙再电离时期，原子截面的相对论效应变得重要。我们将代码作为开源发布，供社区进一步修改。
2016-04-18 astro-ph.CO astro-ph.HE
Deep Forest: Neural Network reconstruction of intergalactic medium temperature
我们探索使用深度学习来从高红移Lyman-alpha森林中的透射通量推断星系际介质的温度。我们训练神经网络上的模拟光谱集红移z = 2 - 3宇宙流体动力学模拟的输出，包括高温区添加在后处理近似气泡加热氦II再电离。我们评估如何训练的网络能够重建的温度从模拟输入莱曼α森林吸收光谱的多普勒展宽的影响。我们发现，对于具有高分辨率（10 km/s像素）和中等信噪比（20 - 50）的光谱，神经网络能够很好地重建在6 Mpc/h尺度上平滑的IGM温度。集中在不连续性，我们发现，可以相当容易地检测和表征宽度为25 Mpc/h和温度为20，000 K的高温区域。我们展示了一个例子，其中多个视线相结合，产生热气泡的断层图像。深度学习技术可能有助于我们理解氦再电离前后星系际介质的复杂温度结构。
2021-12-10 astro-ph.CO astro-ph.GA
A New Constraint on the Simulation of the Intergalactic Medium through the Evolution of the Neutral Hydrogen Fraction in the Epoch of Reionization
本研究利用21cmFAST模拟星系际介质，通过比较不同初始条件下中性氢分数演化与观测数据，排除了大量模型，仅保留少数高精度符合观测的模拟，从而对热历史关键参数施加新约束。
2023-06-22 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Probing First Galaxies and Their Impact on the Intergalactic Medium through the 21-cm Observation of the Cosmic Dawn with the SKA
本文综述了高红移恒星和X射线源形成的理论，以及它们对21厘米背景的影响。主要焦点是在宇宙黎明时的莱曼α泵浦和X射线加热机制，通过在21厘米背景中产生相当大的波动，为高红移天体物理学打开了一个新的观测窗口。我们描述了观测前景的功率谱分析和三维层析成像（成像）的签名，这些早期天体物理源SKA 1-LOW和SKA 2。
2015-01-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
Probing the Intergalactic Medium with Fast Radio Bursts
最近发现的可能起源于河外的快速射电暴（FRB）有可能成为探测星系际介质（IGM）的有力工具。我们指出一些这样的潜在应用。给出了色散测度和转动测度随红移的表达式，并讨论了它们对HeII再电离和IGM磁场的敏感性。最后，我们计算了微透镜效应从一个孤立的，银河系外的恒星质量的紧凑的物体上的FRB光谱。两个透镜图像之间的时间延迟将引起相长干涉和相消干涉，在FRB的光谱上留下特定的印记。由于全天速率高，预计FRB的大统计样本将使这些应用可行。
2015-12-28 astro-ph.CO astro-ph.HE
Possible Contamination of the Intergalactic Medium Damping Wing in ULAS J1342+0928 by Proximate Damped Ly$α$ Absorption
针对 z=7.54 类星体 ULAS J1342+0928，研究指出前景近侧阻尼 Lyα 吸收可能模拟星系际介质阻尼翼，凸显深度光谱纯化样本的必要。
2023-12-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
The photoheating of the intergalactic medium in synthesis models of the UV background
我们将Haardt & Madau（2012）（HM 2012）的宇宙学流体动力学模拟与均匀元星系紫外背景（UVB）相结合，以莱曼α森林的观测结果进行比较，这些观测结果对星系际介质（IGM）的热和电离状态敏感。由HM 2012实现的简单单区辐射转移模型预测的从光学厚到薄的光加热的转变预测了一个热历史，如果我们考虑到HeIII的体积填充因子的预期演变，则该热历史与在z~3处观察到的IGM温度的上升非常吻合。我们的模拟表明，可能有，但是，在所观察到的峰值温度演变和相当缓慢的演变，最近的哈勃太空望远镜/COS测量建议的HeII不透明度之间的一些紧张局势。HM 2012 UVB还低估了我们的模拟所需的元银河系氢光电离率，以匹配在z>4和z<2时观察到的森林不透明度。
2015-09-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
Magnetization of the intergalactic medium in the IllustrisTNG simulations: the importance of extended, outflow-driven bubbles
利用IllustrisTNG模拟研究了星系形成物理过程对星系际介质磁化强度的影响。我们表明，大规模的地区，从星系和星系团的外流影响包含磁场是几个数量级强于在未受影响的地区具有相同的电子密度。此外，就像星系内部放大的磁场一样，这些磁场不依赖于原始种子，即磁场强度的初始条件。我们研究了这些强场区域的体积填充分数和它们在随机视线中的发生。作为第一个应用程序，我们使用这些结果把界限上的光子轴子转换的光谱失真的CMB。随着光子-轴子耦合随能量的增加而增加，使用伽马射线光子通过IGM的传播数据可能会获得更强的约束。最后，我们还简要讨论了我们的结果的法拉第旋转测量的潜在应用。
2021-06-29 astro-ph.CO hep-ph
Joint inference on the redshift distribution of fast radio burst and on the intergalactic baryon content
背景：快速射电暴是起源于银河系外的瞬时射电脉冲。它们的色散度量是源和观测者之间电离星系际介质中重子含量的指示。然而，使用非定域快速射电暴的推论是退化到宿主星系的红移分布。方法：我们进行联合推断的星系际重子含量和快速射电暴红移分布与贝叶斯统计的使用，通过比较不同的模型的可能性，以重现所观察到的统计数据，以推断出最可能的模型。除了两种模型的星系际介质，我们认为从本地环境的源，假设是一个磁星，以及主机和干预星系的代表性合奏的贡献。结果如下：假设丢失的重子存在于电离的星系际介质中，我们的结果表明，观测到的快速射电暴的红移分布峰值在$z \lesssim 0.6$。然而，从不同的仪器关于星系际重子内容的结论分歧，因此需要额外的变化，观察到的主机红移分布，超出了望远镜的选择效应所造成的。
2021-01-10 astro-ph.CO astro-ph.HE
A uniform metal distribution in the intergalactic medium of the Perseus cluster of galaxies
星系团成员星系中的恒星所产生的大多数金属（比氦重的元素）目前都存在于炽热的、发射X射线的星系团内气体中。对这种星系际介质的X射线线发射的观测表明，在星系团中心之外有一个相对较小的星系团与星系团之间的散射，并且在大半径范围内有铁的富集，这导致了金属富集发生在宇宙历史早期的想法。早期富集的模型预测在大半径的集群中均匀的金属分布，而后期富集，一些以前的研究所青睐的，预计将引入显着的空间变化的金属丰度。为了清楚地区分这些竞争模型，有必要通过测量集群中沿多个方向的大半径的丰度来测试潜在的不均匀性，这是迄今为止还没有做到的。在这里，我们报告了一个非常均匀的测量铁丰度，作为半径和方位角的函数，这在统计上与附近英仙座星系团边缘的恒定值0.306+/-0.012太阳一致。这种均匀的分布意味着星系际介质中的大部分金属富集发生在星团形成之前，可能超过100亿年前，在最大的恒星形成和黑洞活动期间。
2013-10-29 astro-ph.CO astro-ph.HE
The Intergalactic Medium
本章概述星系际介质（IGM）的一般性质，重点介绍其依赖宇宙环境与时间的特性、模拟其物理状态的原理、类星体光谱学探测方法及未来观测展望，以增进对IGM的理解。
2025-04-17 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Ultimate Fate of Cosmic Rays from Galaxies and their Role in the Intergalactic Medium
大部分由恒星形成星系产生的宇宙射线（CR）会逃离它们，进入星系际介质（IGM）。银河风终止冲击也可能加速CR。我表明，这些CR的平均压力可以达到平均莱曼α森林热压力的数量级内。在z >~ 1时，它们的压力甚至可能占主导地位。我还证明，无论IGM阶段的CR驻留，他们有助于显着的压力，如果它的温度是~ $10^4$ K，只要介子和库仑损失可以忽略不计。CR的最终位置取决于星系际磁场的结构和强度。我认为，CR最终至少30千秒差距从他们的祖先星系。CR可以在IGM中自限制到声速，产生>~ $10^{-13}$ G磁场。这些考虑暗示了非热IGM的存在和重要性。
2015-01-29 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Thermal state of the intergalactic medium at $z\sim2-4$
本文提出了一种新的方法来推断星系际介质在$z\sim 2-4$再电离后时期的温度-密度关系参数。该方法是基于对Ly $α$吸收体分布随柱密度和多普勒参数的变化的分析。这种方法使我们能够测量的幂律指数$γ$的温度-密度关系和一定的组合的温度下的平均密度$T_0$和氢光电离率$Γ$。为了分别估计$T_0$和$Γ$，我们采用了Ly $α$森林有效不透明度和模型气体概率密度函数的测量。我们发现，$γ$往往低于1.6，并在红移$\sim3$达到1.3。在所研究的红移范围内，平均密度下的推断温度为$\sim(2\pm0.5)\times10^4$ K。这两种估计都有利于He II在$z\gtrsim3$的再电离。我们发现氢的光电离速率为$\sim0.6\times10^{-12}$ s $^{-1}$，这与以前的测量结果是一致的。
2019-10-29 astro-ph.CO astro-ph.GA
Evidence for Large-Scale Fluctuations in the Metagalactic Ionizing Background Near Redshift Six
在$z \lesssim 6$观测到的星系际莱曼- $α$不透明度的散射，需要在预期的再电离结束后星系际介质（IGM）中性部分的大尺度波动。解释这种散射的后再电离模型调用电离紫外背景（UVB）或IGM温度的波动。然而，这些模型对莱曼- $α$不透明度和局部密度之间的关系做出了非常不同的预测。在这里，我们测试这些模型使用莱曼- $α$发射星系（LAEs）跟踪周围的密度场最长和最不透明的已知莱曼- $α$槽在$z < 6$。使用深Subaru Hyper Suprime-Cam窄带成像，我们发现在20 Mpc/ $h$的谷内$z \simeq 5.7$ LAE的高度显著的缺陷。结果是一致的模型，其中散射在莱曼- $α$不透明度附近的$z \sim 6$是由大规模的UVB波动驱动的，并不赞成的情况下，散射主要是由IGM温度的变化驱动。在这个时代的UVB波动提出了再电离模型的边界条件，并可能有助于阐明电离源的性质。
2018-03-23 astro-ph.CO astro-ph.GA
