The morphology of the redshifted 21-cm signal from the Cosmic Dawn
本文利用SURFGEN2工具研究宇宙黎明红移21厘米信号的形态学特征，发现发射区与吸收区在特定填充因子下发生渗流，最大区域呈复杂丝状结构，其数密度随体积呈幂律分布，且平面度、丝状度和亏格随体积增加而增加。
2024-03-26 astro-ph.CO
Imaging the redshifted 21-cm pattern around the first sources during the cosmic dawn using the SKA
利用红移的\HI ~21-cm信号了解宇宙中第一源的性质是当前和未来低频实验的主要目标之一。我们调查的可能性成像的红移21厘米图案周围的第一个来源在宇宙黎明期间使用SKA 1低。我们的模型\HI ~21厘米的图像地图，适用于SKA 1低，周围的第一个来源，包括恒星和星系内的X射线源。除了系统噪声之外，我们还通过将它们添加到信号图中来考虑天体物理前景。我们发现，在减去前景使用多项式拟合和抑制噪声通过平滑的地图在$10^{'} - 30^{'}$角尺度，孤立的源在$z \sim 15$检测$\sim 4 - 9 \, σ$的置信水平在2000小时的观测SKA 1-低。虽然由于高斯平滑，源周围的21厘米轮廓发生了变化，但图像仍然可以用于提取一些源属性。我们占重叠的图案的各个源通过产生现实的\HI ~21厘米的宇宙黎明的地图是基于$N$体模拟和一维辐射转移代码。我们发现，这些来源应该是可检测的SKA 1低图像在$z = 15$与$\sim 14 (4)$的SNR在2000（200）小时的观测。因此，一种可能的观测策略可以是在较短的观测时间内观测多个场，识别具有SNR $\gtrsim 3$的场，并在长得多的持续时间内观测这些场。这种观测预期在约束与第一源相关的参数方面是有用的。
2016-09-28 astro-ph.CO
Astro2020 Science White Paper: First Stars and Black Holes at Cosmic Dawn with Redshifted 21-cm Observations
“宇宙黎明”指的是宇宙历史上恒星和黑洞首次形成并开始加热和电离星系际介质（IGM）中的氢的时期。虽然直接探测非常困难，但第一批恒星和黑洞可以通过测量宇宙21厘米的背景来间接地限制，这种背景可以追踪星系间氢气的电离状态和温度。在本白皮书中，我们重点介绍了此类观测的科学案例，特别是那些针对红移z $\gtrsim$ 10的观测，因为IGM预计大部分是中性的。21厘米的观测为这个时代提供了一个独特的窗口，因此对未来十年推进第一颗恒星和黑洞科学至关重要。
2019-03-14 astro-ph.CO
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
Large HI optical depth and Redshifted 21-cm signal from cosmic dawn
HI 21-cm光学厚度（$τ_b$）可能相当大，因为星系间介质（IGM）的动力学和自旋温度预计在宇宙黎明期间非常低。在HI过密度的区域，它将特别高。我们重新审视了广泛使用的线性化方程的有效性估计HI 21厘米差分亮度温度（$T_b$），其中假设$τ_b << 1$和近似$[1-\exp({-τ_b})]$作为$τ_b$。我们考虑两种情况，一种没有任何额外的冷却机制或无线电背景（称为标准情况），另一种（称为过度冷却）的情况下，假设EDGES的吸收轮廓和过度冷却机制。我们发现，给定一个测量的全球吸收信号，符合标准（过度冷却）的情况下，线性方程高估了自旋温度的$\sim 5\%(10\%)$。此外，使用数值模拟，我们研究了大的光学深度对各种信号统计的影响。我们观察到，在模拟分辨率（$\sim 0.5 h^{-1} \, {\rm Mpc}$）下计算的方差、偏度和峰度，对于标准方案分别被过度预测至$\sim 30\%$、$30\%$和$15\%$，对于过度冷却方案分别被过度预测至$\sim 90\%$、$50\%$和$50\%$。此外，我们发现，$T_b$的概率分布函数被压缩，变得更高斯的形状，如果没有近似。球平均HI功率谱分别在标准和过度冷却情况下，在所有尺度下被最多$\sim 25 \%$和$80\%$过度预测。
2021-10-13 astro-ph.CO
Strong Hydrogen Absorption at Cosmic Dawn: the Signature of a Baryonic Universe
最近报道的探测到$z \approx 17$红移21厘米吸收是宇宙暗时代探索的一个重大进展。观察到的信号（$T_{\mathrm{21}} \approx -0.5$ K，极限$T_{\mathrm{21}} < -0.3$ K为99\% c.l.）对于$Λ$ CDM来说是非常强的，它最多预测$-0.24$ K。在这里，我表明，强观测信号是预期在一个纯粹的重子宇宙。
2018-03-06 astro-ph.CO
STARFIRE-2: Can we detect the global redshifted 21-cm signal from the cosmic dawn in Earth orbit?
University of Rome Tor Vergata（罗马托尔维加塔大学）；Raman Research Institute（拉曼研究所）
研究探讨了在地球轨道上检测宇宙黎明时期全球红移21厘米信号的可行性，提出了一种算法来模拟和补偿地球轨道上由频率调制（FM）传输引起的射频干扰（RFI），并评估了不同轨道配置对信号检测的影响。
2026-05-21 astro-ph.CO astro-ph.IM
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
Dark Cosmology: Investigating Dark Matter & Exotic Physics in the Dark Ages using the Redshifted 21-cm Global Spectrum
由红移21厘米信号探测到的黑暗时代是对标准LCDM宇宙学模型进行新的严格检验的理想时期。与该模型的分歧将表明新的物理学，如暗物质衰变（加热）或重子冷却超出了宇宙绝热膨胀的预期。在早期宇宙中，大多数重子物质都是以中性氢（HI）的形式存在，可以通过其基态的自旋翻转跃迁来检测。对红移21厘米光谱的测量映射了HI气体从黑暗时代到宇宙黎明直到再电离时代（EoR）的历史。探测全球EoR信号的实验（EDGES）最近报道了一个78 MHz的吸收谷（红移z为17），与宇宙黎明的预期频率相似，但比标准宇宙学和HI绝热冷却所认为的可能深度深3倍。重子和带有类似电子质量的轻微带电的暗物质粒子之间的相互作用为这种差异提供了一种可能的解释，但其他冷却机制也正在研究中，以解释这些结果。宇宙黎明谷受到宇宙学和第一个发光物体的复杂天体物理历史的影响。另一个低谷预计在黑暗时代，在第一批恒星形成之前，因此完全由宇宙学现象（包括暗物质）决定。在月球背面或轨道上的观测可以研究这个原始时期（15-40 MHz; z=100-35），这是从地球无法到达的。一个单一的交叉偶极天线或紧凑的阵列可以测量21厘米光谱的振幅，以区分（在>5 $σ$ }）标准宇宙学模型从额外的冷却来自当前的EDGES结果所需的水平。这一观察构成了对黑暗时代奇异物理学的有力而清晰的探索。
2019-02-16 astro-ph.CO
Black holes at cosmic dawn in the redshifted 21cm signal of HI
在宇宙黎明（CD）时，Pop III恒星和黑洞（BH）的间接观测可能被印刻为HI相对于CMB的21厘米线上的吸收信号，当时宇宙的年龄不到2亿年。为了解释EDGES报告的21 cm HI吸收的额外大幅度，已经提出了基于BH喷流源的额外同步加速器宇宙射电背景（CRB）的模型，该模型增强了CD处的HI吸收信号。最近在z=7的高z类星体中观测到射电大声超大质量黑洞（SMBHs），表明存在一个CRB，来自z > 15的黑洞的增长，强度未知。为了匹配EDGES信号的起始，需要与CMB强度相当的CRB。在这里，我们提供近似计算来分析这种类型的吸收信号，以边缘为例。假设BH质量与射电光度之比与在z = 6-7的类星体中观测到的射电强太阳质量约为10^9的SMBH一样，我们发现，快速增长的中等质量射电亮BH（IMBH）以其成为SMBH的方式，是CRB的唯一类型的天体物理射电源，可以解释EDGES报告的z = 18 ~ 20区间的HI吸收幅度。在这些红移处，EDGES信号意味着IMBH的整体质量密度必须超过恒星的质量密度，超过在这些高红移处预期的最大恒星质量密度（SMD）的70%。这表明这些IMBH形成于恒星之前，并且比大部分恒星生长得更快，典型的Pop III恒星的恒星质量BH残留物没有大的质量贡献。来自这些IMBH的高度红移信号可以用SKA等超灵敏干涉仪在长无线电波长处检测，用JWST在红外线中检…
2022-03-23 astro-ph.CO physics.atom-ph
Constraining the Astrophysics of the Cosmic Dawn and the Epoch of Reionization with the SKA
平方公里阵列（SKA）将提供对早期宇宙的前所未有的看法，使用红移21厘米线的干涉观测。这条21厘米的线探测宇宙气体的热和电离状态，这是由我们宇宙中第一个结构的诞生和演化所决定的。在这里，我们将展示21厘米信号的演变将使我们能够研究第一代星系何时出现，它们的性质是什么，以及星系际介质的结构是什么。我们强调了定性趋势，这将为早期宇宙提供强大的见解。
2015-01-16 astro-ph.CO
Modelling the 21 cm Signal From the Epoch of Reionization and Cosmic Dawn
通过红移21厘米谱线研究宇宙黎明和再电离时期是SKA1的主要科学目标之一。它们的重要性在于它们与宇宙中最早的恒星密切相关。解释即将出现的数据需要对相关的物理过程进行详细的建模。在这篇文章中，我们专注于再电离的理论模型，这些模型是由在印度工作的各个小组根据即将到来的SKA制定的。这些模型包括纯分析和半数值计算以及完全数值辐射转移模拟。从这些模型的21厘米信号的预测将是有用的，在约束使用SKA数据的早期星系的属性。
2016-10-26 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
New simulation of QSO X-ray heating during the Cosmic Dawn
即将到来的无线电干涉仪平方公里阵列预计将首次直接探测到来自宇宙黎明的红移21厘米信号。在这个时代，中性星系际介质的X射线加热所产生的温度波动会显著影响这个信号。之前，在（Ross等人，2017）中，我们提出了第一个大体积，244 $h^{-1}$ Mpc = 349 Mpc的X射线加热的完全数值辐射转移模拟。这项工作是一个后续行动，我们现在也考虑类星体的来源，除了高质量的X射线双星。这两种情况下的图像在SKA 1-LOW分辨率下清晰可辨，RMS波动高于预期噪声。类星体的列入导致显着增加的非高斯信号，如测量的偏度和峰度的21厘米信号。我们的结论是，这种增加的非高斯性是一个有希望的早期类星体的签名。
2018-01-19 astro-ph.CO
Dark ages reionization & galaxy formation simulation XII: Bubbles at dawn
直接探测电离氢（HII）区域已被认为是宇宙再电离的一种有前途的探测方法。观测来自再电离时代（EoR）的氢的红移21厘米信号是新一代低频无线电干涉仪背后的关键科学驱动力。我们调查的可行性相结合的低频观测与平方公里阵列和近红外测量数据的宽视场红外巡天望远镜探测宇宙再电离成像HII气泡周围的大质量星系在宇宙黎明。虽然个别气泡将太小，无法检测到，我们发现，通过堆叠红移21厘米光谱集中在已知的星系，它将有可能直接检测到EoR在$z \sim 9-12$，并放置定性约束的星系际介质（IGM）的自旋温度的演变在$z \geq 9$。特别地，给定使用该技术检测电离气泡，可以确定它们周围的IGM通常是吸收还是发射。由于HII区域的平均尺寸的简并性，使用这种方法确定IGM的全局平均中性分数将被证明是更加困难的。
2017-07-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
The redshifted 21-cm signal in the EDGES low-band spectrum
EDGES合作报告了在78 MHz的射电背景中发现了一个意想不到的深吸收，并将其解释为第一次检测到来自宇宙黎明的红移21厘米。我们尝试了另一种分析，采用最大平滑函数方法来建模前景。使用这样的函数与平坦化的吸收轮廓一起对光谱进行联合拟合，产生$921 \pm 35$ mK的最佳拟合吸收幅度。由EDGES分析推断的21厘米吸收深度需要在宇宙黎明中调用非标准宇宙学或新物理学或新来源，这种与公认模型的紧张关系因我们的分析而加剧，表明吸收深度更大。或者，假设存在残留的未建模系统正弦特征，则测量的光谱可以同样良好地拟合，并且我们通过检查任何额外的21 cm信号来进一步探索这种可能性。然后，数据支持具有振幅$133 \pm 60$ mK、半功率$9 \pm 3$ MHz处的最佳宽度和中心频率$72.5 \pm 0.8$ MHz的高斯模型参数的吸收。我们还检查了测量光谱与合理的红移21 cm模型的一致性：Cohen等人2017年全球21 cm图谱中的265个轮廓中的3个受到光谱的青睐。我们的结论是，EDGES数据可能是符合标准的宇宙学和天体物理学，没有调用多余的无线电背景或重子-暗物质相互作用。
2019-06-06 astro-ph.CO astro-ph.IM
The 21cm bispectrum as a probe of non-Gaussianities due to X-ray heating
我们目前的分析标准化的21厘米双谱从全数值模拟的星系间介质加热恒星源和高质量X射线双星（HMXB）在宇宙黎明。假设$α$耦合是饱和的，因此我们探讨了由X射线加热过程产生的非高斯性的本质。我们发现的归一化双谱的演变是非常不同的功率谱。它表现出一个营业额的峰值移动从大到小的规模减少红移，并对应于典型的分离的发射区。随着越来越多的区域随着时间进入发射，该特征尺度减小。最终，加热区域内的小尺度波动将主导归一化的双谱，在模拟结束时，这几乎完全是由密度场的波动驱动的。为了确定我们在恒星+ HMXB模拟中看到的归一化双谱的定性演化有多普遍，我们研究了其他几个模拟-两个包括类星体源的完全数值模拟，以及两个与半数值模拟21 cm FAST产生的对比源属性。我们发现在X射线加热过程中归一化双谱的定性演化是通用的，除非X射线源，与类星体，数量较少，因此表现出更明显的孤立加热配置文件。假设减轻前景和仪器的影响是最终有效的，我们发现，我们应该是敏感的归一化双谱在加热的时期，只要自旋温度没有饱和的$z \approx 19$。
2018-11-28 astro-ph.CO
Chromatic effects in the 21 cm global signal from the cosmic dawn
来自中性氢的红移21厘米亮度分布是研究宇宙暗期、宇宙黎明和再电离的一个很有前途的探针。LOFAR的低波段微波辐射计（LBA）可以在45 MHz到85 MHz（30 z>16）的频率范围内使用，以测量天空平均红移21 cm亮度温度作为频率的函数，或者等效地，宇宙红移。这些低频受到强烈的银河前景发射的影响，通过频率依赖的电离层和天线波束失真，导致空间结构到频谱结构的色混合观察。使用简单的模型，我们表明，（i）由于电离层折射和吸收的额外的天线温度是在\sim 1%的水平- 2至3个数量级高于预期的21厘米的信号，并有一个近似的ν^{-2}的依赖性，（ii）电离层折射导致在天空频谱上的膝状调制在ν \approx 4 \times等离子体频率。使用更现实的模拟，我们表明，在测量的天空光谱，超过50%的21厘米的信号方差可以失去混淆前景和色彩效果。我们的结论是前景和色彩混合可能不会被减去频率的通用功能，如以前认为的，而是必须仔细建模使用额外的先验和干涉测量。
2013-06-10 astro-ph.CO astro-ph.IM
21-cm signal from cosmic dawn - II: Imprints of the light-cone effects
在宇宙黎明和再电离时期的各种未知物理过程的细节可以从红移21厘米信号的观测中提取。然而，这些观测将受到信号沿视线的演变的影响，这被称为“光锥效应”。我们通过后处理暗物质$N-$体模拟与1-D辐射转移代码来模拟这种效应。我们发现，该效果是更强和戏剧性的存在下，不均匀的加热和LY $α$耦合相比，这些过程不占的情况下。当包括光锥效应时，人们发现在大尺度（$k \sim 0.05\, \rm Mpc^{-1}$）上球平均功率谱增加（减少）到3（0.6）倍，尽管这些数字高度依赖于源模型。在功率谱中看到的峰值和凹陷状特征附近，该效应尤其显著。如果在实验中使用的频带的宽度是大的，则峰和谷被抑制，并且因此功率谱可以在很大程度上被平滑。我们认为，这是重要的是要占光锥效应的任何21厘米的信号预测在宇宙黎明。
2015-08-12 astro-ph.CO
The BINGO Project V: Further steps in Component Separation and Bispectrum Analysis
利用红移21厘米谱线强度图观测中性氢在宇宙中的分布是对宇宙学的一个有力的探索。然而，红移的21厘米信号被来自我们银河系和其他河外前景的前景发射所掩盖。本文讨论了BINGO调查的能力，以分离这样的信号。具体而言，本文详细研究了前景成分留下的不同残差，表明噪声校正的频谱是无偏的，并表明我们通过分析三点函数的非零贡献来理解剩余的系统残差。我们使用广义针状内部线性组合，我们适用于天空模拟的BINGO实验的每个红移箱的调查。我们提出了我们的恢复红移21厘米信号从天空模拟的BINGO实验，包括前景成分。我们通过不同红移的角功率谱测试了21 cm信号的恢复，以及通过双谱分析测试了其非高斯分布的恢复。我们发现，从原始的前景地图的非高斯性可以被删除，至少，噪音限制的BINGO调查与这些技术。我们的组件分离方法使我们能够减去前景污染的BINGO通道下降到低于宇宙学信号和噪声的水平，并重建21厘米的功率谱不同的红移箱没有显着的损失在多极$20 \lesssim \ell \lesssim 500$。我们的双谱分析在恢复的21 cm信号中产生残留前景污染水平的强有力的测试，从而使我们能够优化和验证我们的成分分离分析。（节录）
2022-04-01 astro-ph.CO astro-ph.IM
Robust Velocity-induced Acoustic Oscillations at Cosmic Dawn
氢原子的红移21厘米谱线在宇宙学研究中具有巨大的潜力，因为它可以探测其他不可观测的宇宙纪元。特别是，在宇宙黎明-第一颗恒星形成的时代-对21厘米功率谱的测量将为我们提供有关恒星形成的天体物理学以及宇宙波动起源的丰富信息。除了通常被认为的密度涨落，暗物质和重子相对于彼此具有大的相对速度，这是由于后者遭受的重子声学振荡（BAO），它抑制了宇宙黎明期间恒星的形成，在这个时代留下了21厘米观测的印记。在这里，我们提出了21 cmvFAST，一个版本的公开可用的代码21 cmFAST修改，以考虑这种效果。以前的工作表明，列入相对速度产生的大规模的21厘米功率谱在宇宙黎明的声学调制。通过比较分析计算与模拟从21 cmvFAST，在这里，我们表明，这种调制的形式强大的速度引起的声振荡（VAOs），在莱曼- $α$耦合时代和随后的时代的加热。这些VAO的独特形状，这是由产生相对速度的声学物理学确定的，可以通过分析计算，并且很容易与通常的密度源波动区分开来。我们发现，在广泛的天体物理学假设下，VAO是可检测的，在高的意义，即将到来的HERA干涉仪，因此可以确认在宇宙黎明声振荡的存在。
2019-09-26 astro-ph.CO
Line of sight anisotropies in the Cosmic Dawn and EoR 21-cm power spectrum
来自宇宙黎明和再电离时期的红移21厘米信号的视线方向在许多方面与任何其他宇宙学信号相比都是非常独特的。不同的独特效应，如信号的演化历史，物质的非线性特殊速度等，将沿着观测信号的视线轴留下它们的签名。未来SKA-LOW射电干涉仪的主要目标之一是通过这个21厘米的信号观测宇宙黎明和再电离时期。因此，重要的是要了解这些不同的影响如何影响信号的实际检测和正确的解释。在过去的15年里，印度的各个团体一直在积极地试图通过分析模型和模拟来理解和量化这种信号中存在的不同视线效应。在许多方面，这个子领域在21厘米宇宙学下的重要性已经被印度社区确定、强调和推动。在这篇文章中，我们简要地描述了他们的贡献和这些影响的背景下，未来的调查宇宙黎明和时代的再电离，将进行的SKA-LOW。
2016-10-26 astro-ph.CO
Modeling the Radio Foreground for detection of CMB spectral distortions from Cosmic Dawn and Epoch of Reionization
在宇宙黎明和再电离过程中，宇宙重子的演化导致了宇宙微波背景（CMB）的21厘米光谱红移畸变。这些编码信息的性质和时间的第一个来源超过红移30 - 6，并出现在米波长作为一个微小的CMB失真随着银河系和河外无线电天空，这是数量级更明亮。因此，检测需要精确的方法来建模前景。我们提出了一种使用最大平滑（MS）函数的前景拟合方法。我们证明了MS函数的有用性，传统上使用的多项式来分离前景的再电离时代（EoR）信号。我们还研究了使用GMOSS，无线电天空的物理动机模型的合理前景的频谱复杂性的水平，并发现它们确实是平滑的，可以通过MS功能建模到足以辨别EoR信号的香草模型的水平。我们表明，MS功能的损失抵抗和鲁棒性保留EoR信号强度和转折点的残差。最后，我们证明，在使用一个良好的校准光谱辐射计和建模前景与MS功能，全球EoR信号可以检测与贝叶斯方法与90%的置信度在10分钟的积分。
2017-05-03 astro-ph.CO
Imaging the 21-cm Signal from the Cosmic Dawn & Epoch of Reionization and the Connection with the Global Signal
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）；ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；Indian Institute of Technology Madras（马德拉斯理工学院）；University of Cambridge（剑桥大学）；Indian Institute of Technology Indore（印多尔理工学院）；Jadavpur University（贾达普大学）；The Open University of Israel（以色列开放大学）；University of Groningen（格罗宁根大学）；Université PSL（巴黎文理研究大学）；Sorbonne Université（索邦大学）；Université Paris Cité（巴黎西岱大学）；Shanghai Astronomical Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海天文台）
本文回顾SKA-Low对红移21厘米信号的成像能力，分析图像数据的定量方法，并探讨与全局21厘米信号的关联。
2026-06-24 astro-ph.CO
Astrophysical Constraints from the SARAS3 non-detection of the Cosmic Dawn Sky-Averaged 21-cm Signal
对氢原子红移21厘米谱线的观测，已经在21厘米谱线上发现了几个上限，并在$z\sim17$上初步探测到了天空平均信号。这一说法最近受到SARAS 3实验的质疑，该实验报告了一个未探测到的结果，并且是唯一一个足以约束宇宙黎明天体物理学的上限。我们使用这些数据来约束人口的射电发光星系$\sim 200$百万年后的大爆炸（$z\approx 20$）。我们发现，使用贝叶斯数据分析，该数据不利于（在68%的置信度）无线电发光星系的质量$4.4\times10^{5}$ M $_\odot \lesssim M \lesssim 1.1\times10^{7}$ M $_\odot$（其中$M_\odot$是太阳的质量）在$z = 20$和星系中的$>5$ %的气体被转换成恒星的暗物质晕。这些数据不利于星系的射电光度每恒星形成率为$L_\mathrm{r}/\mathrm{SFR} \gtrsim 1.549 \times 10^{25}$ W Hz $^{-1}$ M $_\odot^{-1}$年在150兆赫，一千倍，比今天更明亮，并单独，同步加速器无线电背景超过CMB的$\gtrsim 6%$在1.42千兆赫。
2022-12-01 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
Bayesian constraints on the global 21-cm signal from the Cosmic Dawn
第一个发光源的诞生和随后的再电离时期最好通过红移的21厘米发射线来研究，前两个的签名印在最后一个。在这项工作中，我们提出了一个完全贝叶斯方法，\textsc{hibayes}，用于提取微弱的，全球（天空平均）21厘米的信号，从更明亮的前景发射。我们表明，一个简化的（但似乎合理），来自宇宙黎明时期的21厘米发射的高斯模型即使在存在结构化前景频谱的情况下，也可以提取由幅度$A_{\rm HI}$、频率峰值$ν_{\rm HI}$和宽度$σ_{\rm HI}$参数化的前向频谱（$15 \lesssim z \lesssim 30$（参数化为$7^{\rm th}$阶多项式），提供了足够的信噪比（用单个偶极子进行400小时的观察）。我们将我们的方法应用于早期，19分钟长的观测从大口径实验检测黑暗时代，约束21厘米的信号幅度和宽度分别为$-890 < A_{\rm HI} < 0$ mK和$σ_{\rm HI} > 6.5$ MHz（对应于$Δz > 1.9$在红移$z \simeq 20$）在95%的置信水平范围内$13.2 < z < 27.4$（$100 > ν> 50$ MHz）。
2016-06-20 astro-ph.CO
Wedge-avoidance Fisher Forecasts for Primordial Features from Dark-Ages 21-cm Power Spectrum and Bispectrum
National Astronomical Observatories, CAS（中国科学院国家天文台）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
开发楔形感知的Fisher框架，预测月球背面阵列对振荡特征暴胀模型中原初非高斯性的约束，发现楔形回避显著削弱约束能力。
2026-10-14 astro-ph.CO
The Fundamentals of the 21-cm Line
我们回顾了计算高度红移自旋翻转背景所需的一些基本物理。我们首先讨论了21厘米谱线的辐射转移，并定义了关键的感兴趣的量。然后，我们审查的过程，设置自旋温度的过渡，特别关注Wouthuysen-Field耦合，这可能是最重要的过程中和之后的宇宙黎明。最后，我们讨论了宇宙黎明期间加热星系际介质的过程，包括莱曼α散射，宇宙微波背景和X射线光子。
2019-09-26 astro-ph.CO
Reionization and the Cosmic Dawn with the Square Kilometre Array
平方公里阵列（SKA）将有一个低频部分（SKA-low），其主要科学目标之一是研究宇宙中恒星和星系形成最早阶段的红移21厘米线。这个21厘米的信号提供了一个新的和独特的窗口，形成的第一批恒星和吸积黑洞和后期的大量电离的星系际介质。这个信号将教会我们关于结构形成、宇宙学的最早阶段的基本新事物，甚至有可能导致新物理现象的发现。在这里，我们提出了一份白皮书，概述了SKA-low可以解决的科学问题，我们计划如何解决这些问题，以及这对望远镜的基本设计意味着什么。
2013-03-24 astro-ph.CO
Probing the large-scale structure with 21cm-galaxy cross-bispectrum: Estimates from simulations and forecasts for upcoming cosmological surveys
Indian Institute of Technology Indore（印度印多尔理工学院）；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）；INAF - Osservatorio Astronomico di Trieste（的里雅斯特天文台）；INFN - Sezione di Trieste（意大利国家核物理研究所的里雅斯特分部）；Observatoire de la Côte d’Azur, Laboratoire Lagrange（蔚蓝海岸天文台拉格朗日实验室）
本文通过理论星系演化模型预测，分析了21厘米星系交叉双谱的可探测性，预测了Euclid和SKA-Mid巡天在干涉和单 Dish模式下的检测能力，发现交叉双谱在存在仪器噪声时比自双谱更易检测。
2026-07-17 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
Mapping Cosmic Dawn and Reionization: Challenges and Synergies
宇宙黎明和再电离时代（EoR）是宇宙学中探索最少的观测时代：第一个星系和超大质量黑洞形成并再电离后重组时代的冷中性宇宙的时间。用目前的仪器，只有少数最明亮的星系和类星体从那个时候是可检测的作为单独的对象，由于他们的极端距离。幸运的是，大量的多波长强度映射测量，从无线电中的红移21厘米背景到未解析的X射线背景，包含了关于这个难以捉摸的时代的过多的协同信息。在未来十年中，可能会看到CMB和21 cm观测的非均匀再电离的直接探测，以及一系列覆盖重叠区域和互补物理过程的其他探测器将提供关键的额外信息和交叉验证。为了最大限度地提高科学发现和投资回报率，应高度重视协调调查规划和联合数据分析，并与计算模型和理论预测密切结合。
2019-03-11 astro-ph.CO
Evaluating the QSO contribution to the 21-cm signal from the Cosmic Dawn
即将到来的无线电干涉仪平方公里阵列（SKA）预计将直接探测宇宙黎明期间存在的中性氢的红移21厘米信号。来自中性星系际介质的X射线加热的温度波动可以主导此时21厘米信号的波动。这种加热取决于存在的X射线源的丰度、聚集和性质，这些仍然是高度不确定的。我们提出了一套三个新的大体积，349\，Mpc一侧，完全数值辐射转移模拟，包括类星体源，扩展了Ross等人先前提出的工作。结果表明，我们的类星体有一个温和的贡献的加热预算，但显着影响21厘米的信号。最初，功率谱在大尺度上通过有偏的类星体源的加热而增强，然后在所有尺度上减小。在适当的红移下，21 cm信号图像的波动（分辨率对应于SKA 1-Low）远高于深度积分的预期噪声，表明成像对于所有考虑的X射线源模型都是可行的。类星体最显著的贡献是信号的非高斯性急剧增加，这是通过21厘米概率分布函数的偏度和峰度来衡量的。然而，在晚期莱曼- $α$饱和的情况下，这种非高斯性可以显著降低，特别是当加热发生较早时。我们的结论是，增加非高斯性是一个有前途的签名罕见的X射线源在这个时候，提供莱曼- $α$饱和发生之前，加热占主导地位的21厘米信号。
2019-04-28 astro-ph.CO
Exploring the Cosmic Dawn with NenuFAR
对宇宙黎明的探索是现代天文学和宇宙学最后的前沿之一，宇宙黎明是第一批恒星和星系形成的宇宙时期。来自中性氢的红移21厘米线发射是一个独特的探测器，可以为天体物理和宇宙学研究打开这个时代。$z \sim 17$的EDGES团队对21厘米全球信号的初步探测强调了对该信号进行干涉检测的必要性，以区分试图解释这一意外发现的众多模型。NenuFAR宇宙黎明关键科学计划旨在使用一种新的SKA前体，即位于南赛射电天文台的NenuFAR射电望远镜，在红移范围$z \sim 15 - 31$内进行这种探测，该望远镜于2019年开始运行。由于其紧凑性，它对21厘米信号的大尺度特别敏感。只需要100小时的观测就可以达到最极端模型的水平，而更标准模型则需要1000小时。观测工作已经开始，在北天极观测场累计近500小时。在这篇文章中，我们介绍了该项目，我们的第一个结果和校准和RFI缓解特定于这种新仪器的发展。
2021-09-21 astro-ph.CO astro-ph.IM
Formation of the hydrogen line 21-cm in Dark Ages and Cosmic Dawn: dependences on cosmology and first light
本文计算黑暗时代、宇宙黎明和再电离时期氢21厘米全球差分亮温，揭示其对宇宙学参数、非标准物理及首批光源光谱能量分布的依赖。
2023-09-26 astro-ph.CO
On the detection of a cosmic dawn signal in the radio background
宇宙黎明的天体物理学，当恒星形成开始在第一个崩溃的对象，预计将被揭示为光谱和空间签名在宇宙无线电背景在长波长。中性氢的天空平均红移21厘米吸收线是宇宙黎明的探测器。谱线轮廓由气体的热态演化、辐射背景、恒星散射冷原始气体的Lyman- $α$辐射以及中性氢原子中超精细自旋能级的相对布居数决定。本文报道了用辐射计对55- 85 MHz波段射电天空频谱的测量结果，结果表明Bowman等人在探测全球再电离期（EDGES）低波段仪器所获得的数据中发现的轮廓不是天体物理学来源的，它们的最佳拟合轮廓在95.3%的置信度下被拒绝。这个轮廓被解释为宇宙黎明的标志;然而，它的振幅大大高于标准宇宙学模型的预测。对这种振幅分布的解释包括非标准宇宙学、冷却重子的额外机制，可能是通过与毫荷电暗物质的相互作用以及红移超过17的过量射电背景。我们的未探测证实了早期的担忧，并表明鲍曼等人发现的轮廓不是新天体物理学或非标准宇宙学的证据。
2021-12-13 astro-ph.CO astro-ph.IM
Cosmology with the Highly Redshifted 21cm Line
除了作为宇宙黎明和再电离时代天体物理学的探测器外，$z>6$的21厘米线也是约束宇宙学的一种强有力的方式。它的力量来自于几种独特的能力。第一，21厘米线在高红移时对注入星系际介质的能量很敏感。与现有的宇宙学探测器相比，它还增加了可测量模式的数量。这些模式中的许多模式的尺度比通过CMB可获得的尺度小，而且具有稳固地处于线性状态的优势（使其易于在理论上建模）。最后，21厘米线提供了在发光物体形成之前的红移。总之，$z>6$的21厘米宇宙学的这些特征为精确的宇宙学约束提供了多种途径。这些包括“边缘化”的天体物理效应，利用红移空间扭曲，打破CMB简并，重子和暗物质之间的相对速度的签名的识别，并在高红移发现物理学的意外迹象超出了$Λ$ CDM范式。
2019-03-14 astro-ph.CO
Lunar Orbit Measurement of Cosmic Dawn 21 cm Global Spectrum
红移21厘米线吸收信号通常来自宇宙黎明时代，当第一批恒星和星系形成时。这个信号的详细特征可以提供关于宇宙历史的重要见解。然而，电离层的折射和吸收以及射频干扰（RFI）的存在阻碍了对该信号的高精度测量。空间观测可以解决电离层的问题，月球可以屏蔽RFI。在本文中，我们提出了在月球轨道上的30 - 120 MHz频带的全球频谱测量的模拟，从建议发现天空在最长波长（DSL）项目。特别是，我们考虑如何测量的信号变化，卫星沿轨道移动，考虑到天空的不同部分的月球和天线响应的阻挡。我们估计这样一个21厘米的全球光谱实验的灵敏度。对于0.4 MHz的频道宽度，在10次轨道（$\sim$ 1天）观测后，预计RMS噪声级为$\le 0.05$ K，为75 MHz。我们还研究了频率依赖性光束的影响，这可能会产生复杂的光谱结构的频谱。前景和21厘米模型参数的不确定性的估计。
2022-03-01 astro-ph.CO astro-ph.IM
Lux ex tenebris: The imprint of annihilating dark matter on the intergalactic medium during Cosmic Dawn
即将使用下一代射电望远镜（如HERA和SKA）对高度红移的21厘米线进行的测量将为探测再电离时代（EoR）、宇宙黎明和黑暗时代期间的暗物质（DM）物理提供有趣的机会。HERA已经在建设中，迫切需要彻底了解DM物理学在这些时代对星系际介质（IGM）的影响。我们提出的第一个结果的流体动力学模拟套件与$2 \times 512^3$粒子在一个$(100 \ h^{-1} \ \text{Mpc})^3$盒DM湮灭和重子冷却物理。我们专注于红移$z \sim 11$，就在我们的模拟再电离开始之前，并讨论了DM湮灭的IGM和结构形成的印记。我们发现，而结构的形成是不受热WIMP比$m_χ\gtrsim 100 \ \text{MeV}$重，加热从$\mathcal{O}$（GeV）DM粒子可能会留下一个显着的印记IGM改变21厘米的信号。低密度区域中的冷气体特别容易受到DM加热的影响。然而，我们注意到，延迟的能量沉积目前没有在我们的模拟中考虑。
2020-09-23 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
The Effect of Large Optical Depths on the Non-Gaussian 21-cm signal from Cosmic Dawn
本研究通过数值模拟发现，宇宙黎明期间HI 21厘米信号的大光学深度高阶项显著抑制偏度、功率谱和双谱，尤其影响非高斯特征，需保留τ至三阶以准确建模。
2025-10-08 astro-ph.CO gr-qc
Redshift-space distortions in simulations of the 21-cm signal from the cosmic dawn
来自宇宙黎明（CD）的21厘米信号很可能包含巨大的波动，最极端的天体物理模型即将被无线电干涉仪的观测所排除。因此，至关重要的是，我们不仅要了解控制这种信号的天体物理过程，还要了解影响信号本身的其他内在过程，特别是视线效应。使用我们的套件完全数值辐射转移模拟，我们调查的影响红移21厘米从CD从这些过程之一，即红移空间畸变（RSD）。当添加RSD时，由此产生的功率谱的提升使得我们的模型在所有红移处更容易检测到信号，进一步加强了CD功率谱测量的希望。RSD导致CD开始和结束时信号的各向异性，但在X射线加热进行时不会。然而，包含RSD降低了通过偏度和峰度测量的来自非均匀X射线加热的波动的非高斯性的可检测性。另一方面，从我们所有的模拟中创建的模拟观测（包括与平方公里阵列望远镜1000小时观测相对应的望远镜噪声）表明，我们可以对所有考虑的加热模型进行CD成像，并表明RSD显著增强了来自非均匀Ly- $α$背景的波动。
2020-11-06 astro-ph.CO astro-ph.GA
JWST constraints on the UV luminosity density at cosmic dawn: implications for 21-cm cosmology
基于JWST数据推断的紫外光度密度，预测21厘米信号可能被探测到，并暗示早期高恒星形成效率可能产生宇宙吸收信号。
2023-10-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
A Visibility-based 21 cm Bispectrum Estimator for Radio-interferometric Data
本研究提出一种基于网格化可见度、利用FFT加速的快速可扩展21 cm双谱估计器，经MWA模拟数据验证，其估计结果与解析预测偏差低于20%，为再电离时期21 cm双谱的可靠观测奠定基础。
2025-06-12 astro-ph.CO astro-ph.IM
Extracting the Global 21-cm signal from Cosmic Dawn and Epoch of Reionization in the presence of Foreground and Ionosphere
本文首次用ANN从含前景及电离层折射、吸收和热辐射效应的全天区平均数据中提取21厘米信号参数，基于tanh模型与ARES合成信号训练，精度达96%以上，真实物理模型集上为97%–98%。
2024-01-28 astro-ph.CO
Brisk estimator for the angular multipoles of the redshift space bispectrum
Department of Physics, Indian Institute of Technology Kharagpur（印度理工学院卡拉格普尔分校物理系）
提出基于FFT的快速估计器计算红移空间双谱角向多极矩Bℓ^m，复杂度O(Ng^4)，通过模拟非高斯场验证了16个非零多极（ℓ≤6, m≤6）与解析预测一致。
2026-06-12 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Cosmic Dawn and Epoch of Reionization with the Square Kilometre Array
目前正在进行协调一致的努力，以开放再电离时代（EoR）（$z\sim$ 15-6），用红外和射电望远镜进行研究。虽然红外探测源（莱曼- $α$发射体，类星体和辍学）在这个红移制度在相对较小的视野，没有直接检测中性氢，通过红移21厘米线，尚未建立。在接下来的几年里，随着持续的调查，这样的直接探测有望打开$z\sim$ 6-200的整个宇宙，用于天体物理学和宇宙学研究，不仅打开EoR，而且打开它之前的宇宙黎明（$z\sim$ 30-15），甚至可能打开黑暗时代的后期阶段（$z\sim$ 200-30）。目前正在进行的所有实验都试图在EoR期间对21 cm信号进行统计检测，信噪比有限。直接成像，除了可能在最大（度）尺度上在较低的红移，以及较高的红移将仍然遥不可及。平方公里阵列（SKA）将彻底改变该领域，允许直接成像的中性氢从弧分到度的规模在大部分的红移范围$z\sim$ 6-28与SKA 1-LOW，甚至可能更高的红移与SKA 2-LOW。在这一点上，SKA将是独一无二的，并同时提供与其他即将到来的设施（例如JWST）的巨大协同潜力。在本章中，我们总结了21厘米发射的物理学，宇宙被认为经历的不同阶段，以及SKA可以探测的可观测量，在需要的地方参考本卷的详细章节。
2015-05-28 astro-ph.CO
Probing early universe through redshifted 21-cm signal: Modelling and observational challenges
来自氢原子（HI）的红移21厘米辐射为研究IGM中HI的演化提供了一个极好的直接探针，从而揭示了第一个发光天体的性质，它们在宇宙黎明（CD）和再电离时期（EoR）的演化和作用，以及此后结构的形成和演化。由于大的前景和其他观测污染，在CD-EoR期间用当前和未来的仪器直接绘制HI密度相当困难。计划通过统计估计器首次检测该红移HI信号。鉴于探测和分析红移21厘米信号的极端重要性，CD-EoR的物理学是即将到来的SKA-Low望远镜的目标之一。本文总结了印度天文学家的集体努力，以了解红移21厘米信号的起源，第一电离光子的来源，它们通过IGM的传播，对预期的21厘米信号的各种宇宙学效应，信号的各种统计测量，如功率谱，双谱，通过开发统计测量的估计器并严格评估其预期的不确定性，共同努力检测信号，还讨论了诸如大前景发射和校准问题的各种挑战。这里讨论的各种版本的检测方法也已在实践中与GMRT一起使用，成功评估了EoR和EoR后的物质密度的前景污染和上限。这里汇集的集体努力是全球努力的很大一部分，为通过SKA-Low的CD-EoR的第一缕光准备适当的观测技术和分析程序。
2022-11-10 astro-ph.CO astro-ph.IM
Application of Machine Learning to 21 cm Cosmology
South-Western Institute for Astronomy Research, Key Laboratory of Survey Science of Yunnan Province, Yunnan University（西南天文研究所，云南省测绘科学重点实验室，云南大学）
本文探讨了机器学习在红移21厘米宇宙学中的应用，重点分析了宇宙黎明、再电离时期及SKA-Low科学计划中的挑战与方法。
2026-06-23 astro-ph.CO
Impact of Calibration and Position Errors on Astrophysical Parameters of the HI 21cm Signal
本研究利用 21cm E2E 流水线结合人工神经网络与贝叶斯技术，从功率谱直接推导天体物理参数，并系统评估了 SKA-Low 阵列中增益校准误差与天空模型位置误差对红移 21-cm 信号恢复的影响，确立了确保理想探测的容差阈值。
2025-10-13 astro-ph.CO
The 21-cm signal from the Cosmic Dawn: metallicity dependence of high mass X-ray binaries
来自大质量X射线双星（HMXB）的X射线可能是宇宙黎明（CD）期间星系际介质（IGM）在再电离完成之前的主要加热源。这个加热时期（EoH; $z\sim 10-15$）应该很快就能通过中性氢的红移21厘米谱线探测到，这使我们能够间接研究看不见的第一个星系中HMXB的性质。低红移观测以及理论模型表明，在早期星系典型的贫金属环境中，HMXB（$L_{\rm X}/{\rm SFR}$）的积分X射线光度与恒星形成率的比值应该增加。在这里，我们研究的影响，金属（$Z$）依赖性的$L_{\rm X}/{\rm SFR}$在EoH。在我们的基准模型中，恒星形成率为$10^{-3} - 10^{-1}$ $M_\odot$ yr $^{-1}$和金属丰度为$10^{-3} - 10^{-2}$ $Z_\odot$的星系是这一时期X射线背景（XRB）的主要贡献者。不同的$L_{\rm X}/{\rm SFR}$ - $Z$关系导致在这些范围内，以及在平均IGM温度和大规模的21厘米功率，在一个给定的红移因子的$\sim$ 3的差异。我们计算模拟21厘米的观测，采用作为基线的1000小时集成与即将到来的平方公里阵列（SKA），两个不同的$L_{\rm X}/{\rm SFR}$ - $Z$关系。我们使用常数$L_{\rm X}/{\rm SFR}$的常见简化对这些模拟观测进行推断，发现常数$L_{\…
2022-05-03 astro-ph.CO astro-ph.GA
Studying 21cm power spectrum with one-point statistics
中性氢原子的21厘米谱线信号是探测宇宙黎明和再电离期的有效工具。正在进行的和未来的低频无线电实验预计将检测到它的波动，特别是通过功率谱。本文给出了21 cm亮温涨落功率谱随时间演化的物理解释，它可分解为暗物质密度、自旋温度和氢涨落中性分数。从一点统计的波动，如方差和偏度，我们发现，在时间演化的峰和谷深相关的X射线加热的星系际气体，控制自旋温度。我们建议的亮度温度分布的偏度是一个关键的观察，以确定X射线加热的发病。
2015-05-29 astro-ph.CO
21cm Global Signal Extraction: Extracting the 21cm Global Signal using Artificial Neural Networks
使用全天空平均红移HI 21 cm信号研究宇宙黑暗时代、宇宙黎明和再电离时代（EoR）是大多数正在进行或即将进行的实验的一些关键科学目标，例如EDGES、SARAS和SKA。这个信号可以通过使用单个射电望远镜在整个天空中进行平均来检测，以全球信号的形式作为仅红移HI 21 cm频率的函数。在检测这种信号时面临的主要挑战之一是占主导地位的明亮前景。这种检测的成功在于前景去除的准确性。仪器增益波动、彩色初级波束、射频干扰（RFI）和地球电离层的存在破坏了对来自地球的无线电信号的任何观测。在这里，我们提出了使用人工神经网络（ANN）来提取微弱的红移21厘米全球信号埋在海洋中的明亮的银河前景和污染不同的仪器模型。使用ANN的最显著的优点是，当被破坏的信号被馈送到训练的网络中时，我们可以同时非常准确地提取信号和前景参数。我们的研究结果表明，人工神经网络可以检测全球信号与$\gtrsim 92 \%$的准确性，即使在模拟观测的情况下，仪器有一些残留的时变增益的频谱。
2019-12-23 astro-ph.CO physics.comp-ph
