O-V-S-Z and friends: Non-Gaussianity from inhomogeneous reionization
计算了非均匀再电离引起的宇宙微波背景（CMB）双谱。我们计算了共形牛顿规范在所有尺度上对双谱有贡献的一阶项的乘积。我们还正确地占的物质密度和初始条件之间的去相关使用微扰理论到三阶。我们发现，双谱是本地类型的预期。对于一个合理的再电离模型，宇宙完全电离，红移为z_{ri} ~ 8，到末次散射面的光学厚度为τ_0=0.087，探测CMB温度双谱的信噪比为S/N ~ 0.1，原始非高斯性估计的混乱为f_{NL} ~-0.1。对于z_{ri} ~ 12.5，τ_0=0.14的极端模型，我们得到S/N ~ 0.5和f_{NL} ~-0.2。
2010-02-24 astro-ph.CO
Redshift-space 21-cm bispectrum multipoles as an SKA-era gravity test in the post-reionization Universe
Indian Statistical Institute（印度统计研究所）；McGill University（麦吉尔大学）；Ciela—Montreal Institute for Astrophysical Data Analysis and Machine Learning（Ciela-蒙特利尔天体物理数据分析与机器学习研究所）
利用SKA-MID观测红移空间21厘米双谱多项式，探测再电离后宇宙中偏离广义相对论的引力效应。
2026-01-26 astro-ph.CO
The 21cm bispectrum during reionization: a tracer of the ionization topology
我们计算的21厘米信号的双谱在时代的再电离的三个不同的再电离的情况下，是基于一个暗物质N体模拟结合自洽的，半数值模型的星系演化和再电离。我们的再电离方案不同的电离逃逸分数（$f_\mathrm{esc}$）的趋势与潜在的星系属性，并涵盖物理上合理的范围，即$f_\mathrm{esc}$有效地减少，是恒定的，或增加与晕质量。我们发现21厘米的双谱是敏感的电离拓扑结构，显着不同的电离和中性区域的大小分布在整个再电离。从挤压到拉伸三角形，21厘米双谱的特征是从负值到正值的符号变化，电离和中性区域分别代表低于平均值和高于平均值的浓度。符号的变化的位置提供了一个示踪剂的电离和中性区域的大小分布，并允许我们确定三个主要制度，21厘米的双谱在再电离过程中经历。特别是在再电离的早期阶段，其中的21厘米双谱跟踪电离区域的尺寸分布的峰值的制度，提供了令人兴奋的前景钉扎再电离与即将到来的平方公里阵列。
2019-11-18 astro-ph.CO astro-ph.GA
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
The Lyman-$α$ emitter bispectrum as a probe of reionization morphology
本研究提出利用高红移莱曼-α发射体（LAE）的双谱作为再电离探测工具，通过模拟验证其比功率谱对再电离时间、形态及源族特性更敏感，为当前和未来LAE巡天提供了新的高阶统计探测手段。
2025-09-02 astro-ph.CO astro-ph.GA
The 21 cm-kSZ-kSZ Bispectrum during the Epoch of Reionization
来自再电离时代（EoR）的高红移21厘米信号是一个有前途的早期宇宙观测探测器。当前和下一代无线电干涉仪，如氢时代再电离阵列（HERA）和平方公里阵列（SKA），预计将测量来自EoR的21厘米自动功率谱。这一时期的另一个观测信号是宇宙微波背景（CMB）中的动力学Sunyaev-Zel'dovich（kSZ）信号，即将进行的西蒙斯天文台（SO）和CMB-S4实验将观测到这一信号。21厘米的信号和来自EoR的kSZ的贡献预计是反相关的，前者来自星系际介质中的中性气体区域，后者来自电离区域。然而，kSZ和21 cm图之间的朴素互相关受到抵消的影响，因为电离区域同样可能朝向或远离观察者移动，因此与21 cm信号没有净相关性。我们在这里提出了一个调查的21厘米kSZ-kSZ双谱，这不应该遭受相同的取消简单的两点互相关。我们发现，有一个显着的和非零的信号，是敏感的再电离的历史，这表明统计可用于确认或推断的电离分数作为红移的函数。在没有前景污染的情况下，我们预测该信号在HERA和SO的高统计显著性下是可检测的。我们研究的双谱遭受的事实，即kSZ信号是敏感的，只有傅立叶模式与长波长的视线组件，这通常是丢失在21厘米的数据集，由于前景污染。我们讨论了可能的策略，以减轻这种污染，包括替代四点统计，可能有助于规避这个问题。
2020-08-11 astro-ph.CO
The 21-cm bispectrum from neutral hydrogen islands at z < 6
本文利用高动态范围辐射转移模拟研究 z<6 延迟再电离产生的中性氢岛，发现其 21-cm 双谱显著增强并含特征尺度，且可由 SKA1-LOW 探测。
2024-03-05 astro-ph.CO
Constraining the neutral hydrogen fraction during reionization: Cross-simulation inference using power spectrum and bispectrum
National Institute of Technology Calicut（印度卡尔库特国家技术学院）
本文通过交叉模拟验证，利用功率谱和双谱推断中性氢分数，发现双谱在同代码情况下约束更紧，而交叉模拟情况下约束改善有限，但存在系统性偏差，表明模型不确定性是主要限制因素。
2026-07-02 astro-ph.CO
Improving constraints on the reionization parameters using 21-cm bispectrum
无线电干涉测量实验的目的是通过测量21厘米信号的统计数据，主要是功率谱来约束再电离模型参数。然而，再电离时期（EoR）21厘米信号是高度非高斯的，这种非高斯性编码了关于这个时代的重要信息。双谱是能够捕获这种固有的非高斯性的最低阶统计量。在这里，我们是第一个证明，双谱的大和中等长度尺度和所有独特的$k$ -三角形形状提供更严格的约束的EoR参数相比，功率谱或双谱的有限数量的形状的$k$ -三角形。我们使用贝叶斯推断技术来约束EoR参数。我们还开发了一个基于人工神经网络（ANN）的仿真器，用于EoR 21厘米功率谱和双谱，我们使用它来显着加快我们的参数推理流水线。在这里，我们考虑了样本方差和系统噪声的不确定性对应于$1000$小时的SKA-Low观测估计误差的信号统计。我们发现，使用所有独特的$k$ -三角双谱提高了参数的约束的一个因素的$2-4$（取决于阶段的再电离）的约束，单独使用功率谱。
2022-03-29 astro-ph.CO astro-ph.IM
Quantifying the non-Gaussianity in the EoR 21-cm signal through bispectrum
再电离（EoR）21厘米信号的时代预计是高度非高斯的性质，这种非高斯性也预计将演变与再电离的进展状态。因此，信号将在不同傅立叶模式（$k$）之间相关。功率谱将无法捕获信号中的这种相关性。我们使用高阶估计-双谱-来量化这种不断发展的非高斯性。我们研究的双谱使用一个合奏的模拟21厘米的信号，并与各种各样的$k$三角形。我们观察到两个竞争的来源驱动信号中的非高斯性：在中性分数（$x_{\rm HI}$）场的波动和在物质密度场的波动。我们发现，从这两个源的非高斯贡献不同，这取决于再电离的阶段和$k$模式正在研究。我们表明，双谱的符号作为一个独特的标记，以确定这两个组件是驱动非高斯。我们建议，双谱中的符号变化，当绘制为三角形配置$\cosθ$的函数时，在EoR的某个阶段，可以用作21 cm信号检测的确认测试。我们还提出了一种新的统一的方式来可视化的信号演变（与不断发展的$\overline{x}_{\rm HI}$或红移），通过在功率谱和等边双谱，即$P(k)-B(k, k, k)$空间的信号的轨迹。
2018-02-23 astro-ph.CO
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
Skew spectrum and smoothed skewness of 21-cm signals from epoch of reionization
本文利用半数值模拟研究了再电离时期21厘米信号的偏斜谱和平滑偏斜度，发现其演化特征与双谱相似且对模型敏感，并以SKA1-low为参考证实其信噪比显著高于双谱。
2023-05-11 astro-ph.CO
Impact of dark matter models on the EoR 21-cm signal bispectrum
暗物质的性质决定了第一个坍缩晕形成的时间轴，从而影响了再电离的来源。在这里，我们考虑两种不同的暗物质模型：冷暗物质（CDM）和热暖暗物质（WDM），并研究它们如何影响再电离时代（EoR）及其21厘米观测。使用一套模拟，我们发现，在WDM的情况下，在小尺度上的结构形成得到抑制，导致在一个较小的数量的低质量的暗物质晕相比，CDM的情况。假设源产生电离光子的效率保持不变，这会导致在任何给定的宇宙时间产生的总电离光子数量减少，从而延迟再电离过程。我们还发现视觉差异的中性氢（HI）的拓扑结构和21厘米的地图相比，CDM的WDM的情况下。然而，在21厘米功率谱的差异，在相同的中性分数，被发现是小的。因此，我们专注于EoR 21-cm信号中的非高斯性，通过其双谱进行量化。我们发现，21厘米双谱（驱动的HI拓扑结构）是显着不同的WDM模型相比，CDM，即使是相同的质量平均中性馏分。这表明21厘米双谱是区分不同暗物质模型的一种独特而有前途的方法，并可用于在未来的EoR观测中约束暗物质的性质。
2020-06-13 astro-ph.CO
Position-dependent power spectra of the 21-cm signal from the epoch of reionization
来自再电离时期的21厘米信号是非高斯的。目前的射电望远镜专注于探测21厘米功率谱，但在未来，平方公里阵列预计将提供双谱的第一次测量。已有的研究表明，位置相关功率谱是一种简单而有效的方法来探测压缩极限双谱。在这种方法中，调查被划分为子体积和局部功率谱和相应的子体积的平均密度之间的相关性计算。这种相关性相当于双谱在压缩极限下的积分，但比通常的双谱估计更容易实现。它也有一个明确的物理解释：它描述了示踪剂的小尺度功率谱，如星系和21厘米的信号如何响应大尺度环境。再电离自然地耦合大尺度和小尺度，因为银河系源产生的电离辐射在此过程中可以通过星系际介质传播高达数十兆秒差距。在这里，我们适用于位置依赖的功率谱方法的波动在21厘米的背景再电离。我们发现，这个统计量有一个独特的演变，可以理解一个简单的分析模型。我们还表明，统计可以很容易地区分简单的“由内而外”和“由外而内”的再电离模型。因此，位置相关的功率谱是一种很有前途的方法来验证再电离信号，并提取高阶信息的这个过程。
2019-02-27 astro-ph.CO astro-ph.GA
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
The HI Bias during the Epoch of Reionization
中性氢（HI）及其21厘米谱线是研究星系际介质（IGM）再电离过程的重要探针。为了有效地使用这种探测器，必须很好地理解中性氢是如何追踪底层物质分布的。在这里，我们研究这个问题，使用半数值模拟相结合的HI在IGM和HI从晕在再电离时代（EoR），并调查的演变和尺度依赖的中性分数的偏见，以及21厘米线的偏见。结果表明，在再电离过程中，大尺度中性组分偏置值为负值，其绝对值在再电离早期增大，在再电离后期减小。在再电离后期，HI偏置存在一个过渡尺度，在这个尺度上，HI偏置由大尺度的负向小尺度的正过渡，并且随着再电离的进行，这个尺度逐渐增大。
2019-10-03 astro-ph.CO
Mean Energy Density of Photogenerated Magnetic Fields Throughout the Epoch of Reionization
磁场在宇宙中无处不在。它们似乎存在于几乎所有的尺度和所有的时代。然而，宇宙学尺度上的场是天体物理学的还是宇宙学的起源仍然是一个悬而未决的主要问题。在这里，我们专注于天体物理机制的基础上的星系际介质的光电离在时代的再电离。基于以前描述孤立电离源周围物理机制的研究，我们在这里提出了一个分析模型来估计这种机制对整个宇宙磁化的贡献水平，这要归功于源的分布，在早期发光结构形成之前和旁边。该模型表明，在任何放大过程之前，宇宙可能会通过这种机制被整体磁化到至少几个$10^{-20}$ ~G随动的量级（即再电离时期的几个$10^{-18}$ ~G）。
2017-11-27 astro-ph.CO
Constraining the EoR model parameters with the 21cm bispectrum
我们执行Fisher分析以估计再电离时期（EoR）模型参数的预期约束（即，最小维里温度、电离效率和电离光子的平均自由程），同时考虑到望远镜、MWA和LOFAR的热噪声。我们考虑如何列入21厘米的双谱改进的约束相比，单独使用的功率谱。假设我们完美地去除了前景，我们发现，由21cmFAST代码计算的双谱可以比功率谱更紧密地约束EoR模型参数，因为双谱比功率谱对EoR模型参数更敏感。我们还发现，EoR模型参数之间的简并可以通过将双谱与功率谱相结合来打破。
2017-02-28 astro-ph.CO
A novel probe of bubble size statistics and time scales of the epoch of reionization using the contour Minkowski Tensor
我们采用秩为2的{ \em轮廓} Minkowski张量在二维探测长度和时间尺度的电离气泡在再电离的时代。我们证明，这个张量的本征值提供了很好的探针的电离气泡的大小的分布，并从它的特征气泡的大小，在不同的红移。我们表明，电离气泡不是圆形的，因此不是球形的三维，因为通常假设为简化的分析参数。我们量化它们的形状各向异性使用的两个特征值的比率。形状参数提供了气泡合并开始和结束的特征时间段。我们的方法将是非常有用的再电离历史的亮度温度场的数据重建。
2020-11-19 astro-ph.CO
Constraints on Features in the Cosmological Power Spectrum from Observations of the Epoch of Reionization
P.N. Lebedev Physical Institute（P.N. 列别杰夫物理研究所）
该研究通过分析再电离时期观测数据，探讨了宇宙功率谱中矮星系尺度增强幅度对再电离时期的影响，并指出在考虑不确定性后，中等幅度的凸起模型未被排除。
2025-11-26 astro-ph.CO
Primordial Non-Gaussianity Estimation using 21 cm Tomography from the Epoch of Reionization
测量由宇宙暴胀理论预测的小的原始非高斯性（PNG）可能有助于诊断它们。PNG的可探测性，其印记的21厘米功率谱从时代的再电离重新评估这里的$f_{NL}$，本地非线性参数。我们发现，一个最佳的，多频观测SKA可以实现$Δf_{NL} \sim 3$（最近普朗克CMB限制），而宇宙方差限制阵列的这种大小，如Omniscope甚至可以检测到$Δf_{NL} \sim 0.2$。这大大修改了以前工作的方法和结果。
2013-10-24 astro-ph.CO
Promising Observational Methods for Detecting the Epoch of Reionization
自从在z > 6 Ly-alpha森林中首次探测到Gunn-Peterson槽和首次通过宇宙微波背景（CMB）再电离测量Thomson散射光学厚度以来，已经有好几年了。目前的CMB测量提供了一个显着的约束，再电离的平均红移，和Ly-alpha森林提供了一个下限的红移在再电离结束。然而，没有任何观察提供关于这一过程的持续时间和形态的确切信息。本文简要回顾了探测和研究宇宙相变的最有前途的观测方法，重点是CMB各向异性、伽马射线暴余辉、Ly-alpha发射星系和红移21 cm发射。
2010-09-24 astro-ph.CO
IslandFAST: A Semi-numerical Tool for Simulating the Late Epoch of Reionization
我们介绍了我们的半数值模拟，islandFAST，这是从21厘米FAST和再电离后期设计的算法和主要结果。islandFAST预测了大尺度欠致密中性区（中性岛）的演化和尺寸分布，我们发现再电离后期（EoR）进行得非常快，在每个红移处显示出中性岛的特征尺度。使用islandFAST，我们比较了两种类型的吸收系统的影响，即大规模的低密度中性岛与小规模的过密度吸收体，在调节再电离过程。中性岛控制电离场的形态，而小尺度吸收体控制电离光子的平均自由程，也延迟和延长再电离过程。我们的半数值模拟，电离背景的演变可以自洽地推导出一个模型的小吸收体。在致密吸收体的存在下，电离背景的氢电离率降低了一个数量级。
2016-12-17 astro-ph.CO
Primordial non-Gaussianity from the 21 cm Power Spectrum during the Epoch of Reionization
原初非高斯性是暴胀宇宙学的一个关键检验。我们认为，在再电离的时代，从21厘米发射的电离功率谱的非高斯性的影响。我们专注于大尺度上的功率谱在7到8的红移，并探讨当前和下一代21厘米实验的局部非高斯参数f_NL的预期约束。我们表明，如SKA和MWA实验可以测量10阶的f_NL值。这可以通过一个数量级的快速傅里叶变换望远镜，如Omniscope。
2011-09-04 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
Exploring the cosmic dawn and epoch of reionization with 21cm line
宇宙的黑暗时代，当没有发光物体存在时，随着第一批恒星、星系和黑洞的诞生而结束。这个时代被称为宇宙黎明。宇宙再电离是宇宙中星系际介质在发光天体发射的电离光子驱动下发生的主要跃迁。虽然从黑暗时代到再电离的时期是宇宙中的一个里程碑，但我们对这一时期的认识还不够。由中性氢发射的宇宙21厘米信号有望为这一时期打开一扇新的窗口。在这篇综述文章中，我们首先介绍了21厘米线的基本物理和第一颗恒星如何影响21厘米线信号。接下来，我们简要总结了如何通过统计和机器学习方法从21 cm线信号中提取天体物理信息。我们还讨论了21厘米线信号和其他发射线之间的协同作用。最后，我们总结了21厘米实验的现状。
2023-03-20 astro-ph.CO
HI tomographic imaging of the Cosmic Dawn and Epoch of Reionization with SKA
我们提供了一个概述的21厘米断层扫描的宇宙黎明和时代的再电离尽可能与SKA-Low。我们展示了为什么断层扫描是必不可少的研究CD/EoR和目前的规模，可以在不同的频率为SKA-低的不同阶段成像。接下来，我们将讨论分析层析成像数据的不同方法。最后，我们概述了只能通过断层扫描来回答的科学问题，从单个物体的特征到理解CD/EoR期间塑造宇宙的全球过程
2015-01-17 astro-ph.CO
A lower limit of dz > 0.06 for the duration of the reionization epoch
对早期宇宙中氢原子21厘米谱线的观测直接探测了星系间气体再电离的历史。然而，观测是具有挑战性的，因为预期的信号强度较低（~10 mK），并且受到银河系和河外连续谱源中强（>100 K）前景同步辐射的污染。如果再电离发生得很快，那么在全天光谱中，在平滑的前景上应该有一个特征性的可见信号。在这里，我们报告了一个在100和200 MHz之间的全天空光谱，对应于21厘米线的红移范围6 < z < 13。数据排除了在95%置信水平下dz < 0.06的快速再电离时间尺度。
2012-09-05 astro-ph.CO
The Epoch of Reionization
宇宙的黑暗时代随着第一代星系的形成而结束。这些物体开始发射紫外线辐射，在它们周围形成电离区域。在足够数量的电离源形成后，宇宙中气体的电离部分迅速增加，直到氢完全电离。在这段时间里，宇宙气体从中性到电离，被称为宇宙的再电离时代。再电离时代与宇宙学中的许多基本问题有关，例如第一个星系的性质，（迷你）类星体的物理学，非常贫金属恒星的形成以及天体物理学中的一系列其他重要研究课题。因此，揭示它将对早期宇宙结构形成的研究产生深远的影响。这一章回顾了当前关于再电离期存在的观测证据，它的关键理论方面和主要特征，最后是各种有望揭示它的观测探测器，特别强调了红移21厘米探测器，目前正在建造或设计的各种实验，以及我们可以从它们那里了解到关于再电离期的信息。
2012-06-01 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
Dipole of the Epoch of Reionization 21-cm signal
太阳系相对于宇宙静止坐标系的运动将再电离时期21厘米信号的振幅调制成偶极子。该偶极子具有特征频率依赖性，该特征频率依赖性由偶极子信号的频率导数支配。我们认为，虽然信号是由$\sim100$的一个因素较弱，在测量偶极子有显着的好处。最重要的是，宇宙速度矢量的方向可以从宇宙微波背景中精确地得知，并且与调制前景微波背景的星系速度矢量不一致。此外，一个旨在测量偶极子的实验可以依赖于天空的差分补丁，而不是进行绝对信号测量，这有助于产生一些系统效应。
2017-03-26 astro-ph.CO
Observing the Epoch of Reionization with the Cosmic Microwave Background
我们回顾了可观测到的后果的时代的再电离（EoR）的宇宙微波背景（CMB），和由此产生的约束EoR。我们讨论如何汤姆逊散射EoR过程中产生的自由电子等同于CMB光子的光学深度。WMAP和普朗克卫星利用大尺度CMB偏振功率谱进行的光学深度测量是目前对宇宙再电离时间的少数限制之一。我们还提出了预测的精度，光学深度将测量未来的卫星任务。其次，我们考虑运动学的Sunyaev-Zel'dovich（kSZ）效应，以及kSZ功率谱如何依赖于再电离的持续时间。我们回顾目前的测量kSZ功率和预测未来的实验。最后，我们提到的建议，寻找在CMB的光谱失真，在EoR的电子温度相关，和想法映射的变化，在整个天空的光学深度。
2015-11-03 astro-ph.CO
On the spin-temperature evolution during the epoch of reionization
模拟估计从再电离时期（EoR）的红移21厘米的差分亮度温度往往假设自旋温度是去耦的背景CMB温度，并远远大于它。虽然一个有效的假设对再电离过程的后期阶段，它不一定在早期的时代举行。违反这一假设将导致差异亮度温度的波动，既不是由密度波动，也不是由HII区域驱动。因此，通过处理自旋温度与动力学温度的莱曼-α耦合和碰撞耦合，自洽地计算自旋温度是至关重要的。在本文中，我们开发了一个扩展的BEARS算法，最初开发的模型再电离的历史，包括这些耦合效应。在这里，我们模拟了三种模型中的电离和加热的效果，其中再电离是由恒星，miniqsos或两者的混合物驱动的。我们还进行了一些统计测试，以量化的自洽包含的自旋温度从CMB去耦的印记。我们发现自旋温度的演化对测量信号有影响，特别是在红移大于10的情况下，当人们试图解释观测数据时，应该考虑这种演化。
2010-09-30 astro-ph.CO
Self-shielding of hydrogen in the IGM during the epoch of reionization
我们研究星系际氢对电离辐射的自屏蔽辐射转移模拟宇宙再电离仔细校准莱曼α森林数据。虽然自屏蔽区域在后再电离宇宙中表现为莱曼极限系统，但在这里，我们专注于它们在再电离过程中的演化（红移z=6-10）。在这些红移下，氢电离辐射的空间分布是高度不均匀的，宇宙的某些区域仍然是中性的。在模拟中屏蔽了中性区和电离源后，我们发现氢的光电离率与局部氢密度的关系与再电离后宇宙中的情况非常相似。在这些红移中，自屏蔽变得重要的物理氢密度约为平均氢密度的$\mathrm{n_H \sim 3 \times 10^{-3} cm^{-3}}$或$\sim$的20倍，反映了这样一个事实，即在再电离过程中，光电离率通常足够低，以至于宇宙网中的细丝经常是自屏蔽的。典型的自屏蔽密度的值在红移z=3和10之间减小了3倍，并且以简单的方式遵循电离区域中的平均光电离率的演变。我们提供了一个简单的参数化的光电离率作为密度的函数在自屏蔽区域的再电离时代。
2018-05-09 astro-ph.CO
Lyman Alpha Emitters and the 21cm Power Spectrum as Probes of Density-Ionization Correlation in the Epoch of Reionization
由于Ly $α$光子与氢的大截面，莱曼α发射体（LAEs）在再电离时期（EoR）对星系际介质（IGM）中中性氢的存在很敏感：在宇宙历史中，IGM中的中性氢被电离。在IGM相对于底层的内在LAEs的电离区域的相关性有显着的效果上观察到的LAEs的数量和它们的明显聚类。因此，在EoR期间LAE的观测可以用作EoR形态的探针。在这里，我们建立在以前的作品，我们参数化的密度电离相关性在EoR，并研究如何观察到的数密度和角关联函数（ACF）的LAEs依赖于此参数化。使用斯巴鲁测量的数密度的LAE和他们的ACF在z = 6.6，我们把限制的EoR形态。我们发现，在z = 6.6单独LAEs的测量不能区分不同的密度电离模型在$68\%$的可信度。然而，添加信息的数量密度，和ACF，LAE在$z = 6.6$到21厘米功率谱测量使用氢时代的再电离阵列（HERA）在再电离的中点可以排除不相关和外向内再电离在$99\%$的可信度。
2021-05-07 astro-ph.CO
The mean free path of hydrogen ionizing photons during the epoch of reionization
我们利用极光辐射流体动力学模拟研究了氢电离光子在再电离阶段的平均自由程。我们直接测量MFP的平均距离1 Ry光子旅行之前达到一个光学深度的单位沿随机视线。在再电离过程中，自由程的终点往往是密度接近宇宙平均值的中性气体，而在再电离后，终点往往是过密的，但高度电离的。尽管离散的过密系统的重要性日益增加，但具有$N_{\rm{HI}} \lesssim 10^{16.5}~{\rm cm^{-2}}$的系统的累积贡献足以在$z \approx 6$下驱动MFP，而在更早的时间，更高的柱密度更重要。在再电离之后，HI系统的典型尺寸接近于局部Jeans长度，但是在再电离期间它要大得多。起源于星系附近的光子的平均自由程$\rm{MFP_{gal}}$比宇宙MFP小得多。再电离后，这种增强可以保持显着的开始距离的$\sim 1$共同移动Mpc。然而，在再电离过程中，距离$\sim 10^2 - 10^3$共动kpc的$\rm{MFP_{gal}}$通常超过宇宙MFP。这些发现有重要的后果模型解释星系间MFP逃逸电离光子的距离可以从星系被吸收之前，并可能导致他们低估所需的逃逸分数从星系，和/或所需的发射率电离光子后再电离。
2017-08-14 astro-ph.CO
Detectability of 21-cm Power Spectra from the Epoch of Reionization using Modern Radio Telescopes
K. N. Toosi University of Technology（K.N.托伊西理工大学）；University of Massachusetts Dartmouth（马萨诸塞大学达特茅斯分校）
本研究利用HERA、MWA、GMRT、LOFAR四个射电天文台，结合21SSD模拟的45个模型，探究再电离时期21厘米功率谱的探测灵敏度，以约束该时期的天体物理模型。
2026-10-14 astro-ph.CO
Studying neutral hydrogen structures during the epoch of reionization using fractal dimensions
分形维数可以用来表征密度分布中的聚集性和空隙性。本文用广义分形维数研究了再电离阶段中性氢的分布。利用电离气泡的半数值模型来产生HI场，我们计算了长度尺度$\sim 10 h^{-1}$ cMpc的分形维数。我们发现，HI场显示出显着的多重分形行为，是不一致的，在这些尺度上的均匀性时，质量平均中性分数$\bar{x}_{\rm HI}^M \gtrsim 0.5$。这种多重分形性质完全是由电离区域的形状和分布驱动的。分形维数对中性分数的敏感性意味着它可以用来约束再电离历史。我们发现，当电离晕的最小质量在$\sim 10^9 - 10^{10} h^{-1} M_{\odot}$范围内时，分形维数对电离晕的最小质量值的敏感性相对较低。有趣的是，分形维数是非常不同的，当再电离进行由内而外相比，当它是由外向内。因此，高红移HI密度场的多重分形性质可以用来研究再电离的性质。
2016-12-20 astro-ph.CO
The Detectability of Lyman Alpha Emission from Galaxies during the Epoch of Reionization
我们研究了Lyman Alpha（Lya）发射线在再电离时期（EoR）的可见性。结合银河系外流模型与大规模的再电离半数值模拟，我们量化的概率分布函数（PDF）的分数Lya光子通过星系际介质（IGM），T_IGM传输。我们的研究重点是星系填充暗物质晕质量的M_halo=1e10 M_sun在z=8.6，这是受到最近报道的星系在z=8.6与强大的Lya线发射发现。对于合理的模型假设，我们发现风导致T_IGM>10% [50%]，对于大多数星系，即使宇宙体积约为80% [60%]中性。因此，从报道的z=8.6星系中观察到的强Lya发射与高度中性的IGM一致。我们还调查了最近的初步证据的影响，观察到的“LAE分数”之间的辍学星系z=6和z=7之间的减少。如果得到证实，我们表明，在x_HI的快速演变将需要通过再电离的影响来解释这一观察。
2011-11-30 astro-ph.CO
The monopole and quadrupole moments of the Epoch of Reionization (EoR) 21-cm bispectrum
本文通过EoR模拟研究21厘米双谱的单极矩和四极矩，发现其符号变化标志着中性氢分布从电离泡出现到HI岛形成的拓扑转变。
2023-10-24 astro-ph.CO
The He II Post-Reionization Epoch: HST/COS Observations of the Quasar HS1700+6416
单电离氦（He II）的再电离期被认为开始于红移z~3.5- 4，并在z~2.7时几乎完成。利用哈勃太空望远镜上的宇宙起源光谱仪（COS）拍摄的明亮高红移类星体HS 1700 +6416的远紫外光谱，研究了其再电离后的时间演化。我们讨论这些数据，因为他们探测后再电离历史的He II和当地的电离环境周围的类星体和横向的视线。我们比较以前的光谱远紫外光谱探测器的当前COS数据，其中有一个显着更高的信噪比。Gunn-Peterson槽在较低的红移处恢复，有效光学厚度从z~2.7处的τ_eff~1.8下降到z~2.3处的τ_eff~0.7。我们在He II Lyα破裂附近看到了一个有趣的过量通量，这可能是类星体的线发射，尽管可能不是He II Lyα。我们提出了四个可能的横向邻近类星体的光谱，虽然紫外硬度数据是不够的质量说，如果他们的影响被视为沿HS 1700视线。
2012-12-06 astro-ph.CO
Detection of Cosmic Structures using the Bispectrum Phase. II. First Results from Application to Cosmic Reionization Using the Hydrogen Epoch of Reionization Array
通过中性氢（HI）的红移21厘米线表征$z\gtrsim 6$的再电离（EoR）时期对现代天体物理学和宇宙学至关重要，因此是许多当前和计划中的低频射电望远镜的关键科学目标。检测这种信号的主要挑战是在这些频率下压倒性的明亮前景发射，对仪器的知识和分析的不准确性提出了严格的要求。这些实验的结果在很大程度上并不受热敏性的限制，而是受到系统学的限制，特别是由于无法将仪器校准到高精度。干涉双谱相位不受基于天线的校准和其中的误差的影响，并且提供了检测EoR HI波动的独立替代方案，同时在很大程度上避免了校准系统。在这里，我们提供了一个演示，这种技术的一个子集的数据从氢时代的再电离阵列（HERA）的星系际介质（IGM）的亮度温度的近似约束。从这个有限的数据，我们推断在$z=7.7$上IGM亮度温度的“$1σ$“上限是$\le 316$“伪”mK，在$κ_\parallel=0.33$“伪”$h$ Mpc $^{-1}$（数据有限）和$\le 1000$“伪”mK，在$κ_\parallel=0.875$“伪”$h$ Mpc $^{-1}$（噪声有限）。“伪”单位仅表示与实际距离尺度和亮度温度的近似对应关系，而不是精确对应关系。通过并行传播模型的数据分析，我们确认，所需的动态范围，以分离宇宙HI信号的前景是类似的，在标准的方法，和双谱相位的功率谱仍然是数据有限的（在$\gtrsim 10^6$动态…
2020-07-02 astro-ph.CO astro-ph.IM
Reliable Parameter Inference for the Epoch of Reionization using Balanced Neural Ratio Estimation
University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；The Ohio State University（俄亥俄州立大学）；Leiden University（莱顿大学）
本文应用平衡神经比率估计（BNRE）改进再电离纪元参数推断，通过Lyα森林自相关函数双参数模型证明其后验分布校准显著优于高斯似然假设，为天体物理建模提供统计稳健的参数约束。
2025-11-11 astro-ph.CO
Subtraction of Bright Point Sources from Synthesis Images of the Epoch of Reionization
与河外活动星系核和射电星系相关的亮点源是低频射电实验的重要前景，这些实验旨在探测再电离时期中性氢的红移21厘米发射。合成波束的频率依赖性意味着这些源的旁瓣将作为观察频率的函数在视场上移动，因此使视线前景减法技术受挫。我们描述了一种方法，用于减去这些点源从脏地图所产生的仪器，如MWA。该技术结合了匹配滤波器与迭代质心方案，在漫射背景下定位和表征点源。模拟结果表明，该技术可使EOR图的动态范围提高2-3个数量级。
2010-07-14 astro-ph.CO
Enhancing the detectability of ionized Regions during the Epoch of Reionization
Indian Institute of Science Education and Research Kolkata（印度科学教育与研究学院加尔各答分校）；Jadavpur University（贾达普大学）
本文提出改进的匹配滤波方法，用于检测再电离时期的大离子化区域，并通过SKA-low观测实现高灵敏度检测。
2026-01-22 astro-ph.CO
A simulation calibrated limit on the HI power spectrum from the GMRT Epoch of Reionization experiment
GMRT再电离时期（EoR）实验是一项正在进行的测量中性氢在高红移下的功率谱的努力。我们以前曾用基本的分段线性前景减法在波数k=0.65 h/Mpc时报告过上限为（70 mK）^2。在本文中，我们探讨了使用奇异值分解，以消除前景与较少的假设前景结构。使用这种方法，我们还首次量化了由于前景滤波器而造成的信号损失，并提出了针对这种损失进行调整的新功率谱，提供了在k=0.50 h/Mpc时2 σ上限为（248 mK）^2的修正测量值。虽然这一修订后的限制比以前报道的要大，但我们认为它更稳健，仍然代表了z=8.6时再电离的最佳电流约束。
2013-05-13 astro-ph.CO
Will Nonlinear Peculiar Velocity and Inhomogeneous Reionization Spoil 21cm Cosmology from the Epoch of Reionization?
来自再电离时期的21厘米背景是一个很有前途的宇宙学探测器：视线速度起伏扭曲红移，因此傅立叶空间中的亮度起伏取决于角度，线性理论表明可以将宇宙学信息与天体物理信息分开。然而，电离、密度和速度的非线性波动改变了这一点。分离方案的有效性和准确性进行了测试，在这里的第一次，详细的再电离模拟。该方案在再电离早期（< 40%电离）工作得相当好，但在再电离晚期（> 80%电离）则不好。
2013-03-01 astro-ph.CO astro-ph.IM
Opening Reionization: Quantitative Morphology of the Epoch of Reionization and Its Connection to the Cosmic Density Field
我们介绍了一个通用的和空间分辨的二进制字段的形态特征，植根于数学形态学的开放变换。随后，我们将其应用到阈值电离场的模拟宇宙再电离和研究电离区的形态。我们发现，一个电离体积元素通常驻留在一个电离区域半径$\sim8\,h^{-1}\mathrm{cMpc}$在中点的再电离（$z\approx7.5$），并遵循气泡的尺寸分布，甚至超出重叠阶段。我们发现，渗透的完全电离的组件集时，25%的宇宙是电离的，由此产生的无限集群包含所有电离区域以上$\sim8\,h^{-1}\mathrm{cMpc}$。我们还量化了不同半径的电离区域相对于物质的聚类，并在小尺度上检测重叠阶段中超级气泡的形成。在大尺度上，我们量化了不同大小的电离和中性区域中心的偏置值，不仅表明在再电离的高点最大的可以达到$b\approx 30$，而且早期的小电离区域与物质正相关，大的中性区域和晚期的小电离区域与物质严重反偏置，下降到$b\lesssim-20$。
2020-09-07 astro-ph.CO
What Next-Generation 21 cm Power Spectrum Measurements Can Teach Us About the Epoch of Reionization
目前正在进行一些实验，以测量再电离时期的21厘米信号。无论这些实验是否能探测到宇宙辐射，它们有限的灵敏度都将阻止它们提供有关再电离天体物理学的详细信息。在这项工作中，我们考虑什么类型的测量将使下一代更大的21厘米EoR望远镜。为了计算这种阵列可能的约束类型，我们使用简单的模型的仪器，前景发射，和再电离的历史。我们主要集中在一个仪器建模后的$\sim 0.1~\rm{km}^2$收集区氢时代的再电离阵列（HERA）的概念设计，并参数化的不确定性，前景排放考虑不同的限制，最近描述的“楔形”足迹在k空间。再电离的历史中的unevenness占使用一系列的模拟，不同的电离效率和负责再电离的星系的最低维里温度，以及电离光子通过IGM的平均自由程。鉴于各种组合的模型，我们认为可能的功率谱检测的意义，跟踪功率谱的演变与红移的能力，显着的功率谱特征的可检测性，以及对天体物理参数的定量约束的可实现水平。最终，我们发现，收集区域的$0.1~\rm{km}^2$足以确保即使在最悲观的情况下，再电离功率谱的非常高的显著性（$\gtrsim30σ$）检测。这种灵敏度应允许有意义的约束的再电离的历史和天体物理参数，特别是如果前景减法技术可以改进和成功实施。
2014-09-16 astro-ph.CO
Ly$α$ forest power spectrum as an emerging window into the epoch of reionization and cosmic dawn
传统观点认为，再电离（EOR）时代的热遗迹将迅速消失。然而，最近的研究表明，由于平均密度的气体被不均匀的再电离和冲击加热到$T \sim 3 \times 10^4$ K，这些遗迹可以存活到比以前认为的更低的红移（$z \sim 2$）。鉴于即将到来的Ly $α$森林调查的高灵敏度，这种效应将是宇宙学应用的一种新的宽带系统。然而，从天体物理学的角度来看，非均匀再电离的印记可以揭示EOR和宇宙黎明。我们利用一种混合方法-其中包括两个不同的模拟代码能够处理的巨大的动态范围-显示补丁再电离对Ly $α$森林的影响，其依赖于不同的天体物理场景。我们发现，$k = 0.14$ cMpc $^{-1}$的1D Ly $α$功率谱存在统计学显著偏差，范围从$z = 2$的$\sim 1\%$到$z = 4$的几乎$\sim 20\%$。在相同波数下，三维Ly $α$功率谱的偏差很大，范围从$z = 2$的百分之几到$z = 4$的$\sim 50\%$，尽管这些偏差忽略了He II再电离和$z<4$活动星系核反馈的影响。通过利用不同的$k$功率谱依赖不同的天体物理方案，斑块再电离对Ly $α$森林功率谱的影响，可以打开一个新的窗口，宇宙再电离和可能的宇宙黎明。
2020-09-25 astro-ph.CO
Foreground removal for Square Kilometre Array observations of the Epoch of Reionization with the Correlated Component Analysis
我们应用相关成分分析（CCA）的平方公里阵列的模拟数据的方法，准确地清除扩散前景污染的21厘米再电离信号的目的。CCA已经被开发用于宇宙微波背景，但是将该方法的傅立叶域实现应用于再电离信号是直接的。CCA是一种参数化方法，通过使用二阶统计量从数据中估计前景的频率行为。我们测试其性能的前景模拟越来越复杂，旨在挑战所采用的参数模型。我们还放弃了大多数方法所依赖的谱平滑性假设。我们能够有效地清除所有前景模拟的探索频率范围（100-200 MHz）内的模拟数据。这表明，CCA方法是非常有前途的EoR组分分离。
2014-12-05 astro-ph.CO
Characterizing the Epoch of Reionization with the small-scale CMB: constraints on the optical depth and physical parameters
斑片状再电离在小尺度宇宙微波背景（CMB）温度波动上留下了许多印记，其中最大的是运动学Sunyaev-Zel'dovich（kSZ），CMB光子在电离气泡中散射运动电子的多普勒频移。人们早就知道，在CMB功率谱中，这种再电离的印记在很大程度上与晚期星系和星系团产生的kSZ信号退化，从而限制了我们约束再电离的能力。在Smith & Ferraro（2017）之后，通过观察小尺度CMB功率谱的大尺度调制，可以以独立于模型的方式隔离再电离贡献。在本文中，我们扩展的形式主义使用的小尺度功率谱（而不仅仅是其宽带平均）的完整形状信息，并认为这是必要的，以打破光学深度$τ$和参数设置的再电离的持续时间之间的简并性。特别是，我们表明，下一代的CMB实验可以实现光学深度$τ$的3倍的改善，并在同一时间，限制再电离的持续时间为$\sim$ 25%。这有助于加强对中微子质量的限制，这将受到我们对$τ$的知识的限制，并揭示了负责再电离的物理过程。
2018-03-19 astro-ph.CO
Simulations of primary beam effects on the cosmic bispectrum phase observed with the Hydrogen Epoch of Reionization Array
中性氢的21~cm跃迁有望成为再电离时代最好的观测探针。测量21厘米信号的主要困难是存在明亮的前景，需要非常精确的干涉校准。闭合量可以规避校准要求，但是可能受到方向相关效应的影响，特别是天线主波束响应。本文研究了互耦对天线主波束闭合相位及其功率谱的影响。我们的模拟表明，受互耦合影响的初级光束导致泄漏的前景功率进入EoR窗口，这可以高达$\sim4$数量级高于没有考虑互耦合的情况。然而，对于包括29 μ m基线的三元组，这种泄漏基本上限于$k < 0.3$ ~ $h$ ~Mpc $^{-1}$。当明亮的前景出现在天线旁瓣中时，泄漏幅度更明显，正如预期的那样。最后，我们发现，包括相互不同的互耦合光束的三元组具有类似于包括相同类型的互耦合光束的三元组的功率谱，这表明三元组（或可见度对）内的光束到光束的变化不是EoR窗口中的前景泄漏的主要来源。
2022-05-19 astro-ph.CO astro-ph.IM
The redshifted HI 21 cm signal from the post-reionization epoch: Cross-correlations with other cosmological probes
利用红移21 cm观测数据对HI进行层析成像，为我们理解宇宙学背景演化和结构形成打开了一扇新的窗口。这是包括平方公里阵列（SKA）在内的几个即将到来的射电望远镜的关键科学目标。在这篇文章中，我们专注于再电离后的信号，并研究了21厘米信号与其他示踪剂的大尺度结构的互相关。我们认为，交叉相关的后再电离21厘米信号与莱曼α森林，莱曼破裂星系和晚时间各向异性的CMBR地图，如弱透镜和集成的萨克斯沃尔夫效应。我们研究了探测信号的可行性，并探讨了使用它获得宇宙学模型约束的可能性。
2016-10-26 astro-ph.CO
