Optical depth to reionization from perturbative 21cm clustering
光学厚度$τ$是宇宙学标准模型中最不确定的参数，其精确值对于理解再电离和从宇宙学测量中推断基础物理都很重要。我们预测如何以及未来时代的再电离实验可以约束$τ$使用基于对称性的偏置扩展，突出了在大尺度上的功率谱各向异性发挥的特殊作用。由于更详细的再电离模拟的物理行为的启发，给出了电离演化的参数模型，我们发现，未来的21厘米实验可能会对再电离的时间和持续时间施加严格的约束，因此对$τ$的约束与建议的竞争，空间，空间基于CMB的任务，只要他们能测量$k\approx 0.1\,h\,\text{Mpc}^{-1}$，在跨越再电离最活跃时期的红移上有一个干净的前景楔形，对应于电离分数$0.2 \lesssim x \lesssim 0.8$。利用下一代21 cm测量显著改进现有基于CMB的测量将需要比标准$\mathcal{O}(1000 \,\,\text{hour})$积分时间长得多的观测时间（$\sim5$年）。在更好地理解再电离的天体物理学之前，小尺度的精确测量不会改善对$τ$的约束。在噪声和前景的存在下，即使是未来的21厘米实验将努力约束$τ$，如果电离演化明显偏离简单的参数形式。
2022-10-03 astro-ph.CO
Reionization optical depth determination from Planck HFI data with ten percent accuracy
本文利用普朗克卫星的高频仪（HFI）数据，对再电离光学深度$τ$进行了改进分析。通过使用HFI地图制作代码的改进版本，我们大大减少了影响数据的残留大规模污染，这些污染在普朗克2018遗留版本中进行了表征，但尚未完全删除。这带来了偶极失真系统效应，污染了非常低的多极，低于噪声水平。在大尺度极化数据上，我们在$68\%$ C.L.测量$τ=0.0566_{-0.0062}^{+0.0053}$，通过$\sim40\%$减少普朗克2018遗留版本的不确定性。在$Λ$ CDM模型中，结合普朗克大尺度温度似然性，以及高$\ell$温度和极化似然性，我们测量了$68\%$ C. L.的$τ=0.059\pm0.006$。其对应于在$68\%$ C. L.处的$z_{\rm re}=8.14\pm0.61$的中点再电离红移。这种估计的再电离光学深度与$10\%$的准确性是最强的约束。
2020-05-26 astro-ph.CO
No way ou$τ$: Epoch of Reionization Observations Do not Support Large Values of the Optical Depth to Reionization
Pengcheng Laboratory（鹏城实验室）；Tsinghua University（清华大学）
该研究结合CMB、BAO及再电离相关观测数据，采用Gompertzian再电离框架分析，得出再电离光深为0.067±0.011，在大于约2σ水平上偏好动力学暗能量，大尺度极化的系统误差难以解释该偏好。
2026-08-04 astro-ph.CO
Machine Learning Applied to the Reionization History of the Universe in the 21 cm Signal
再电离时代（EoR）的特点是第一个发光源和星系际介质（IGM）的低密度气体之间的丰富相互作用，来自这些来源的光子覆盖了IGM。目前，对与EoR相关的关键观测量的观测限制很少，例如再电离的中点和持续时间。虽然下一代射电干涉仪（如氢时代再电离阵列（HERA）和平方公里阵列（SKA））即将对21厘米功率谱进行的观测预计将很容易提供关于再电离中点的信息，但仅从功率谱中提取持续时间是一个更困难的命题。作为提取再电离信息的另一种方法，我们提出了卷积神经网络（CNN）的再电离图像的应用。这些图像在天空平面上是二维的，并在一系列红移值处提取，以生成“图像立方体”，这些图像立方体在质量上与HERA和SKA将在不久的将来生成的图像立方体相似。此外，我们还考虑了来自银河系的明亮前景信号对干涉仪图像立方体的影响，但不包括观测引起的噪声。我们表明，我们能够使用CNN将再电离$Δ$ z的持续时间恢复到5%以内，假设再电离的中点已经相对较好地受到约束。这些结果对于估算$τ$，即宇宙微波背景的光学厚度，具有令人兴奋的影响，它可以帮助约束其他宇宙学参数。
2019-08-05 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
An Improved Forecast of Patchy Reionization Reconstruction with CMB
非均匀再电离引起宇宙微波背景（CMB）光学深度τ（n）到最后一个散射表面的角起伏，使不同的球谐模相关，并在CMB图上留下特征非高斯性。最近，人们利用这种模式耦合信号导出了最小方差二次估计器，并发现在未来的实验中，如CMBPol，可以检测到（S/N）^2 ~ 100的光学深度起伏。我们首先证明，非高斯信号从引力透镜的CMB是主要的污染源重建非均匀再电离信号，即使其贡献的98%删除的delensing。然后，我们构建无偏估计，同时重建非均匀再电离信号τ（n）和引力透镜潜在的phi（n）。我们应用我们的新的无偏估计未来的CMB实验，以评估非均匀再电离信号的可探测性。通过对非均匀再电离的更多物理模拟，预测了比以前的研究小一个数量级的光学深度功率谱，我们表明，CMBPol-like实验可以实现非均匀再电离的边缘检测，（S/N）^2 ~ O（1），使用这种二次估计，使用类似的极大似然估计~O（10）。
2011-06-23 astro-ph.CO
Observational Limits on Patchy Reionization: Implications for B-modes
最近南极望远镜对二次CMB各向异性的探测对来自光学深度调制多普勒效应的温度波动提出了一个保守的界限，即在多极l~3000处T_{3000} < sqrt{13} microK。这个界限是弧分尺度下再电离光学深度波动的第一个经验约束，tau_{3000} = 0.001 T_{3000} /microK，这意味着这些波动不超过平均值的百分之几。四极源对偏振的光学深度调制产生B模式，其相应地被限制为B_{3000} = 0.003 T_{3000}。最大外推到1 ~100引力波区得到B_{100} = 0.1 T_{3000}，当电离区的有效同动尺度R > 80 Mpc时，仍超过引力透镜。如果斑片状再电离是造成所观察到的弧分尺度温度波动的主要原因，那么B_{100}上的电流边界已经要求R < 200 Mpc，并且可以预期会迅速改善。频率分离的热Sunyaev-Zel'dovich测量的二次各向异性的贡献，也将大大提高光学深度波动和B-模式的再电离的限制。
2010-01-26 astro-ph.CO
A Projected Estimate of the Reionization Optical Depth Using the CLASS Experiment's Sample-Variance Limited E-Mode Measurement
我们分析了宇宙学大角尺度探测器（CLASS）实验的模拟地图，并恢复了再电离光学深度$τ$的近宇宙方差有限的估计。我们使用基于功率谱的可能性，同时清洁前景和多极空间中的宇宙学参数估计。使用专门设计的软件来约束$τ$，标量波动的幅度$A_s$，和张量-标量比$r$，我们证明了类实验将能够估计$τ$在一个因素的两个全天宇宙方差限制允许的宇宙微波背景偏振测量。此外，我们讨论的作用类的$τ$约束结合引力透镜的CMB上获得的中微子质量的总和的$\gtrsim4σ$测量。
2018-08-03 astro-ph.CO
Reconstructing CMB fluctuations and the mean reionization optical depth
再电离产生的汤姆逊光学深度是测量原始涨落振幅的一个限制因素，因此也是测量影响低红移振幅的物理学的一个限制因素，例如中微子质量。由于前景和系统效应，目前基于直接测量大尺度宇宙微波背景（CMB）偏振的光学深度限制具有挑战性。在这里，我们考虑一个间接测量的大尺度极化，使用观察到的小尺度极化的地图与地图的领域扭曲的CMB，如CMB透镜和补丁再电离。我们发现，非常未来的CMB调查将能够重建大规模的偏振，从而平均光学深度，只使用小尺度上的测量。
2017-01-24 astro-ph.CO hep-ph
Studying the Lyman-$α$ optical depth fluctuations at $z \sim 5.5$ using fast semi-numerical methods
本文提出了一种计算效率高、速度快的半数值方法，用于模拟在红移$5 \lesssim z \lesssim 6$处再电离后留下的中性氢"岛"存在下的Lyman-$α$（Ly $α$）吸收光学深度。分析的主要输入是（一）半数值光子守恒模型的电离区在再电离（命名为CNOT）随着处方模拟阴影的中性岛和（ii）波动冈恩-彼得森近似模型的Ly $α$吸收。然后，我们的模型被用来模拟的有效光学深度的大尺度波动，沿视线向高$-z$类星体。我们的模型由五个参数完全描述。通过将其中两个设置为默认值并改变其他三个，我们获得了数据允许的$5 \lesssim z \lesssim 6$再电离历史的约束。我们确认，在$\gtrsim 2σ$置信度下，在$z \sim 5.6$之前，再电离是\emph{not}完成的，确切的置信限取决于如何处理数据中未检测到通量。我们还证实，再电离的完成可以迟至$z \sim 5.2$。随着模型的进一步改进和在$z \sim 6$更多的视线，我们可以利用我们的分析的计算效率，以获得更严格的约束的电离分数在尾端的再电离。
2020-12-17 astro-ph.CO
Optical depth to reionization in a Universe with multiple inhomogeneous domains
S. N. Bose National Centre for Basic Sciences（S.N. 玻色基础科学国家中心）；Universidad de Salamanca（萨拉曼卡大学）；INFN, Sezione di Roma（意大利国家核物理研究所罗马分部）；Università di Roma “La Sapienza”（罗马第一大学）
利用Buchert平均形式主义，研究包含物质不均匀性反馈的宇宙学设置中的再电离光学深度，通过多域模型参数化并使用PantheonPlus+SH0ES超新星样本进行MCMC分析，得到τ_reion=0.0581，更接近观测估计，并适度缓解哈勃张力。
2026-06-12 astro-ph.CO
Large-Scale Fluctuations in the HeII Lyman-alpha Forest and HeII Reionization
我们研究大规模的波动，在地狱莱曼α森林传输期间和之后，地狱再电离。我们使用一个简单的蒙特卡罗模型分布类星体在一个大的体积和计算产生的辐射场沿一维串。与以前的研究一致，我们发现，这些来源的稀有性诱导秩序统一波动的平均光学深度再电离后，即使是在大部分（~10-100 Mpc跨越）平均。我们将我们的模型与现有的数据进行比较，沿着五条HeII Lyman-alpha森林视线，跨越z~2-3.2。我们的模型中包含的大的宇宙方差合理地解释了z<2.5时观察到的许多波动。但是我们的模型不能适应在z~2.7-2.9观测到的~30 Mpc尺度上的大波动，并且在z>2.9处测量到的光学深度（τ>4）很难用平滑演变的平均辐射场来解释。为了更好地理解这些数据，我们构建了一个HeII再电离的玩具模型，在这个模型中，我们假设在再电离后宇宙中辐射场最小的区域（或离强电离源最远的区域）在再电离过程中是完全黑暗的。观测到的涨落更适合这个模型，因此我们认为，根据目前的数据，HeII再电离直到z<2.9才完成。
2009-10-27 astro-ph.CO
Raising the Optical Depth to Reionization with Dark Matter Decay
Key Laboratory of Dark Matter and Space Astronomy, Purple Mountain Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院紫金山天文台暗物质与空间天文重点实验室）；School of Astronomy and Space Science, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学天文与空间科学学院）；Department of Strategic and Advanced Interdisciplinary Research, Peng Cheng Laboratory（鹏城实验室战略与先进交叉研究部）
本研究测试暗物质衰变能否提高再电离光学深度，以缓解CMB与BAO测量间的差异。采用Gompertzian模型自洽计算，发现衰变暗物质仅将光学深度从0.064提升至0.072，不足以显著缓解差异，但提供了互补的寿命约束。
2026-11-03 astro-ph.CO
Mitigating the optical depth degeneracy using the kinematic Sunyaev-Zel'dovich effect with CMB-S4
再电离时代是宇宙历史上的主要相变之一，并且是正在进行和即将进行的宇宙微波背景（CMB）实验的焦点，其对小尺度波动的灵敏度有所提高。再电离也代表了一个显着的污染物CMB导出的宇宙学参数约束，由于退化之间的汤姆逊散射光学深度，$τ$，和标量扰动的幅度，$A_s$。这种简并性随后阻碍了大尺度结构数据约束中微子质量总和的能力，这是21世纪20年代宇宙学的主要目标。在这项工作中，我们探讨了运动学Sunyaev-Zel'dovich（kSZ）效应作为再电离的探针，并表明它可以用来减轻光学深度简并与即将到来的CMB-S4实验的高灵敏度，高分辨率的数据。我们讨论了依赖于物理再电离模型参数的kSZ功率谱，以及经验再电离参数，即$τ$和再电离的持续时间，$Δz$。我们表明，通过结合kSZ两点函数和重建的kSZ四点函数，$τ$和$Δz$之间的退化可以被强烈地打破，产生两个参数的严格约束。我们预测的CMB-S4和普朗克数据的组合，包括前景和大气噪声的详细处理的$σ(τ) = 0.003$和$σ(Δz) = 0.25$。对$τ$的约束几乎与从大角度CMB偏振数据获得的宇宙方差极限相同。因此，kSZ效应不仅有望产生关于再电离时期的详细信息，而且还可以对中微子质量进行高精度的宇宙学约束。
2020-06-11 astro-ph.CO
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
On the contribution of active galactic nuclei to reionization (Research Note)
电子散射光学深度对再电离的限制表明，除了可观测到的恒星形成星系外，可能还有其他来源有助于氢的电离。电子散射光学厚度τ es的计算值往往低于CMB观测值，或者必须对非观测源作一个假设，以求得一致。在这里，我们计算的氢电离分数的红移和电子散射光学深度的函数从星系和活动星系核（AGN）的次级碰撞电离的AGN X射线发射的因素。在本文中，我们使用最新的确定不断变化的硬X射线光度函数和外推其演变超过z = 6。活动星系核的光谱能量分布（SED）包括紫外和X射线电离光子。为了寻找最大的可能效应，我们假设所有活动星系核都具有λ_{Edd} = 1.0，并且是完全无遮蔽的。结果表明，活动星系核对氢的再电离产生微扰效应，并与电流约束保持一致。我们的计算发现，再电离的时代仍然在z \approx 6结束，在最佳条件下，电子散射光学深度仅增加了~2.3%。假设黑洞质量为M_{BH} = 10^（5）太阳质量，这只能适度增加。因此，我们的结论是，有必要在可观测的星系和活动星系核以外的其他来源，有助于在z > 6的氢的再电离。
2013-12-04 astro-ph.CO
Constraints on Patchy Reionization from Planck CMB Temperature Trispectrum
通过测量普朗克2015年宇宙微波背景（CMB）温度各向异性的三谱，我们提出了对补丁再电离的约束。斑片状再电离导致CMB光学厚度的各向异性，并且改变了所观察到的CMB各向异性的统计。我们估计的三谱的CMB温度各向异性约束的光学深度的空间变化。我们表明，测量的三光谱是一致的，从标准的透镜CMB模拟在$2σ$。虽然在普朗克2015温度三谱中没有发现斑片状再电离的证据，但对斑片状再电离的CMB约束比以前的工作有了显着改善。假设Wang和Hu（2006）的解析气泡晕模型，在这项工作中获得的约束排除了在$\sim0.5$的电离分数为$R\gtrsim 10$ Mpc的典型气泡尺寸。此外，我们的约束意味着，如果Dvorkin等人（2009）描述了由斑片再电离引起的$B$模，则来自斑片再电离的大尺度$B$模在探测$r\gtrsim0.001$的原始引力波时不是一个显著的污染。CMB三谱数据开始对斑片状再电离提供有意义的约束。
2018-03-01 astro-ph.CO
Reionization process dependence of the ratio of CMB polarization power spectra at low-$\ell$
研究了低$\ell$（$\ell \lesssim 10$）时宇宙微波背景（CMB）偏振功率谱$C^{BB}_\ell/C^{EE}_\ell$的比值对再电离过程的依赖程度.这种低$\ell$ B模和E模偏振功率主要由CMB光子从再电离过程中产生的自由电子的汤姆逊散射产生。由于再电离至少要在后期产生$z \simeq 6$和低偏振功率时才能完成，因此在高红移处，该比值对电离过程相当不敏感，但对光学深度值很敏感，而在$\ell=2$处，该比值对包括光学深度值在内的再电离过程几乎不敏感，并且该值大约是张量标量比的值的一半。这一事实可以用于未来的张量标量比的确定，尽管由于宇宙方差的模糊性。
2022-02-17 astro-ph.CO
Neural network emulation of reionization to constrain new physics with early- and late-time probes
本文提出 NNERO 神经网络模拟器，用于快速准确模拟自由电子比例演化与再电离光深，支持结合 CMB 和 21 cm 等探针约束冷/非冷暗物质模型参数。
2025-03-14 astro-ph.CO
Dark Twilight Joined with the Light of Dawn to Unveil the Reionization History
改进测量的宇宙微波背景极化普朗克允许一个详细的研究超出平均光学深度的再电离。较低的光学深度值不利于早期开始和早期完成的reionization有利于redsfhit范围内，不同的天体物理探测器提供合理的信息，再电离源和星系际介质的状态。在这项工作中，我们扩展了我们以前的研究，其中我们通过结合三种不同的探针- CMB，UV光度密度和中性氢分数数据-在治疗和数据中约束再电离：我们首先允许UV源项的变化，改变UV发光度转换成电离光子的效率与逃逸分数的乘积以及再电离和宇宙学参数，然后，我们调查的影响，一个不太保守的削减紫外光度函数。我们发现，估计的效率是一致的95%C. L。与我们在以前的结果中考虑的固定值，并且主要受QHII数据的约束。我们发现，允许效率的变化不会显着影响我们的平均光学深度的单调再电离历史的结果，恢复$τ=0.0519_{-0.0008}^{+0.0010}$在68% CL，与我们以前的研究一致。使用一个不太保守的削减紫外光度函数，我们发现$τ=0.0541_{-0.0016}^{+0.0013}$在68% CL，由于我们使用的数据中的光度函数的暗端，这也更倾向于从较高的红移较大的贡献。
2022-01-12 astro-ph.CO
Reionization in the dark and the light from Cosmic Microwave Background
我们探讨了普朗克2015年宇宙微波背景（CMB）数据的再电离历史的约束条件，并推导出未来CMB观测的预测。我们考虑一类单调的历史参数化的再电离的两个额外的参数，相对于在瞬时再电离建模中使用的平均光学深度。我们研究了再电离的历史和标准宇宙学模型的选定扩展之间的简并性。特别是，我们认为与中微子部门的总质量的简并，我们讨论了可能的相关性之间的暗物质湮灭和持续时间的再电离的CMB。我们使用Hazra和Smoot，JCAP 1711，028（2017）中提出的多离子模型的扩展。我们将普朗克2015年数据的约束与未来可能的CMB任务LiteBIRD的预测约束进行了比较，我们还使用了拟议的类似CORE的规格作为更高分辨率的例子。我们发现，平均光学深度和再电离持续时间之间的简并性将基本上被这两个概念所消除。再电离历史与总中微子质量和暗物质湮灭性质之间的简并性也将通过未来的调查得到改善。我们发现，在再电离的时间长的情况下，在更高的分辨率的再电离历史的约束只有边际改善。
2018-07-14 astro-ph.CO
Reionization inference from the CMB optical depth and E-mode polarization power spectra
再电离时代（EoR）取决于控制星系间介质中第一个星系和结构的诞生和演化的复杂天体物理学。EoR模型依赖于宇宙微波背景（CMB）观测，特别是大尺度E模式偏振功率谱（EE PS），以帮助限制其高度不确定的参数。然而，大多数EoR模型不是直接对EE PS进行正向建模，而是使用汇总统计量-汤普森散射光学深度$τ_e$进行约束。将CMB观测压缩为$τ_e$需要采用EoR历史的基集。通常的选择是非物理的，红移对称双曲正切（Tanh）函数，它的形状不同于基于分层结构形成的物理EoR模型。结合公共EoR和CMB代码，21厘米FAST和类，在这里，我们量化的推断使用的$τ_e$摘要统计影响星系属性和EoR历史的约束。使用最新的普朗克2018年数据发布，我们表明，EoR历史上的边缘化约束对基集的选择（Tanh与物理模型）比CMB似然统计量（$τ_e$与PS）更敏感。例如，EoR的结构增长所暗示的历史显示了一个小尾巴的部分再电离延伸到更高的红移。然而，对于普朗克2018年的数据，使用$τ_e$进行推断的偏差可以忽略不计。利用类星体暗分数、星系紫外光度函数和CMB EE PS等高红移观测的EoR约束，我们的物理模型恢复了$τ_e=0.0569^{+0.0081}_{-0.0066}$。
2020-09-24 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
A forecast of the sensitivity on the measurement of the optical depth to reionization with the GroundBIRD experiment
本文预测了GroundBIRD地面实验在泰德天文台测量再电离光深的灵敏度，通过模拟145和220 GHz偏振图并进行基于像素的似然拟合，得到σ_τ=0.030，结合QUIJOTE数据后提升至0.012。
2021-05-10 astro-ph.CO hep-ex
Beyond optical depth: Future determination of ionization history from the CMB
我们探索的基本限制，再电离的历史可以约束只使用大尺度宇宙微波背景（CMB）各向异性测量。分数电离$x_e(z)$的红移分布影响CMB偏振的角分布。我们项目的约束宇宙再电离的历史，使用低噪声的全天空温度和E-模式测量的CMB。我们发现，测量的TE功率谱，$\hat C_\ell^\mathrm{TE}$，大约有四分之一的约束力的$\hat C_\ell^\mathrm{EE}$上的再电离光学深度$τ$，它的增加提高了20%以上，仅使用$\hat C_\ell^\mathrm{EE}$的$τ$的精度。我们还使用了一个两步再电离模型与一个额外的高红移步骤，参数化的早期电离分数$x_e^\mathrm{min}$，并在$z_\mathrm{re}$后期再电离步骤。我们发现，未来的高信号噪声测量的多极$10\leqslant\ell<20$是特别重要的打破之间的简并$x_e^\mathrm{min}$和$z_\mathrm{re}$。此外，我们表明，这些参数的不确定性，确定从地图与灵敏度$10\,\mathrm{μK\,arcmin}$小于5%，大于在无噪声的情况下的不确定性，使这种噪声水平的自然目标，为未来的大天空面积E模式测量。
2020-01-30 astro-ph.CO
Raising the reionization optical depth with inflationary CMB features
University of Chicago（芝加哥大学）；Stony Brook University（石溪大学）
针对Planck数据与BAO数据在再电离光深τ上的不一致，通过引入基于广义慢滚暴胀的低功率模板，使τ上限从0.0696提升至0.082，缓解了矛盾。
2026-06-23 astro-ph.CO
Effect of Template Uncertainties on the WMAP and Planck Measures of the Optical Depth Due To Reionization
再电离光学深度是最差确定的六个$Λ$ CDM参数适合CMB各向异性数据。仪器噪声和系统学阻止了不确定性达到其宇宙方差极限。目前，提供最具统计约束力的数据集是WMAP、普朗克LFI和普朗克HFI全天空偏振图。由于再处理的HFI数据与减少系统学尚未公开，我们检查了$τ$的测定使用9年的WMAP和2015年普朗克LFI数据，重点是表征潜在的系统性偏差导致的前景模板和掩蔽的选择。我们发现证据的低水平系统的LFI偏振数据与大致共模形态跨越LFI频率和频谱一致的强度信号泄漏到偏振通道。我们证明了使用LFI 30 GHz地图作为模板从WMAP数据中清除同步加速器时导出的光学深度的显著偏差，并建议不要使用2015年LFI 30 GHz偏振数据作为非LFI数据集的前景模板。我们发现2015年极化353 GHz尘埃模板从普朗克似然重建的版本和那些从交付的地图，这可能会影响$τ$在1 $σ$水平之间的不一致。在$τ$值在我们研究的数据组合集合上的分布表明，系统的不确定性仍然对$τ$中的当前不确定性有显著影响，但所有值都与$τ$ = 0.07 +/- 0.02的范围一致。
2019-01-08 astro-ph.CO
Delay Spectrum with Phase-Tracking Arrays: Extracting the HI power spectrum from the Epoch of Reionization
再电离时期（EoR）的红移21厘米发射的检测是一项具有挑战性的任务，由于强烈的前景，占主导地位的信号。在本文中，我们提出了一种通用的方法，延迟谱方法的基础上，提取HI功率谱，适用于跟踪观测使用成像射电干涉仪（延迟谱成像阵列（DSIA））。我们的方法是基于建模的HI信号，考虑到宽场效应的影响，如$w$ -长期，然后使用作为适当的权重，在互相关的测量vibrations。我们的方法适用于任何跟踪相位中心的射电干涉仪，并可用于阵列，如MWA，LOFAR，GMRT，PAPER和HERA。在文献中，延迟谱方法已经实现了近冗余基线使用漂移扫描观测。在本文中，我们探讨了非冗余跟踪阵列的方案，这是第一次应用延迟谱方法来提取HI信号的数据。我们分析了EoR 1油田3小时的MWA跟踪数据。我们从分析中提出了2维（$k_\parallel,k_\perp$）和1维（k）功率谱。我们的研究结果与其他管道开发的MWA EoR数据分析结果一致。
2016-10-22 astro-ph.CO
Gaussian Process Reconstruction of Reionization History
我们使用高斯过程回归重建再电离的历史。利用哈勃前沿场的紫外光度数据，我们重建了紫外光度密度的红移演化，从而重建了电离方程中源项的演化。这种独立于模型的重建排除了光度密度的单一幂律演化，但支持对数双幂律参数化。通过对电离方程和重构源项积分，得到了再电离历史。利用普朗克宇宙微波背景观测的光学深度约束，截断星等为-17和-15的紫外光度函数测量积分，以及高红移类星体、星系和伽马射线暴观测的电离分数，我们约束了再电离的历史。在保守的情况下，我们发现在68%和95%的置信区间下，光学深度的约束为$τ=0.052\pm0.001\pm0.002$。我们发现在10%和90%电离之间的红移持续时间是$2.05_{-0.21-0.30}^{+0.11+0.37}$。如果在联合分析中使用截断星等为-15的紫外光度密度数据，则支持更长的再电离持续时间。我们的研究结果指出，即使在保守的重建，宇宙学和天体物理学的观测相结合，可以提供严格的限制再电离的时代。
2021-10-31 astro-ph.CO
The Goldilocks problem of the quasar contribution to reionization
在$z \gtrsim 4$上意外地发现了大量微弱的候选类星体（QSO），这促使Madau和Haardt研究活动星系核在任何时候都占主导地位的光子预算的再电离情景。他们的分析研究表明，这一图象与星系际介质（IGM）中HI体积分数的演化和宇宙微波背景汤姆逊散射的光学厚度是一致的。我们采用了一套流体动力学模拟后处理的辐射转移代码，以进一步研究这样的再电离历史的属性。特别是，我们生成的合成吸收线光谱HI和HeII，我们与观测数据进行比较。虽然我们证实了上述分析结果，我们也发现，IGM温度和HeII光学深度的演变与目前的观测限制。然而，类星体占主导地位的情况下，提出了有吸引力的功能，它自然产生一个不均匀的IGM，从而产生一个扩展的尾巴在高值的HI有效光学深度的分布函数，与最近的观测。我们发现初步的证据表明，考虑一些类星体发射在红移$z \gtrsim 5$可以调和这样的观察与数值模拟，迄今未能再现这一功能。最后，我们表明，收集更多的氦吸收光谱在$z \gtrsim 3$和研究其独特的特点将是关键，以精确地限制类星体的贡献再电离。
2019-01-22 astro-ph.CO
Constraining Planck scale physics with CMB and Reionization Optical Depth
我们提出了一个双向的相互作用的原理证明在非常早期的宇宙和后期的观测物理。我们发现的原始机制之间的关系，负责大规模的功率抑制的原始功率谱和再电离光学深度$τ$的值。这些机制可影响$τ$的估计。我们表明，使用未来的测量$τ$，人们可以获得前暴胀动力学的约束，提供了一个新的窗口非常早期的宇宙物理。此外，新的重新估计的$τ$可以潜在地解决$τ$的高和低$\ell$测量之间的适度差异，因此为功率抑制异常及其原始起源提供经验支持。
2017-10-02 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Extended reionization in models beyond $Λ$CDM with Planck 2018 data
我们提供了普朗克2018年宇宙微波背景各向异性数据对扩展再电离历史的约束的更新。普朗克2018年大角度尺度的数据改进了低多极下$E$模式极化再电离凸起的测量，为改进我们以前的结果提供了可能性。通过对再电离历史的原始Poly-reion模型进行微小修改，我们发现普朗克2018年的数据显着改善了我们之前的所有结果：我们发现$τ=0.0572_{-0.0075}^{+0.0064}$在68%CL时的光学深度强烈不利于再电离的早期开始，即当再电离开始时红移，$z_{xe=0}=18.18_{-10.89}^{+1.61}$在68%CL时，再电离持续时间（定义为10%-99%再电离）显著减少，即$Δ_z^{Reion}=4.59_{-2.45}^{+1.67}$为68% CL。我们探讨了再电离历史和宇宙学参数之间可能的相关性，包括$Λ$ CDM之外的重要扩展。我们发现，再电离与标量谱指数、中微子质量和、空间曲率、暗物质湮灭等非标准模型之间的简并度显著降低，误差条的降低和简并度的降低，以及我们在Poly-reion模型中观察到的光学深度向低值的转变，主要是由新的低-基于HFI数据的普朗克2018年基线的$\ell$极化可能性。这一点也得到了在没有这种可能性的情况下得出的结果以及为一个模型子集提供的基线替代品不同的结果的证实。
2020-05-25 astro-ph.CO
The Impact of Population III.1 Flash Reionization for CMB Polarization and Thomson Scattering Optical Depth
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）；University of Virginia（弗吉尼亚大学）；Max-Planck-Institut für Astrophysik（马克斯·普朗克天体物理学研究所）；Ludwig-Maximilians-Universität München（慕尼黑大学）；The University of Tokyo（东京大学）
研究第三族.1闪光电离对宇宙微波背景极化和汤姆孙散射光学深度的影响，发现其可增加光学深度至0.08-0.09，缓解标准ΛCDM模型中的张力。
2026-06-01 astro-ph.CO
Boosting the optical depth to Thomson scattering with primordial black hole evaporation at high redshift
University of California, Davis（加州大学戴维斯分校）；Laboratoire Univers et Particules de Montpellier (LUPM)（蒙彼利埃宇宙与粒子实验室）；Sorbonne Universitè, CNRS, UMR 7095, Institut d’Astrophysique de Paris（巴黎天文物理研究所）
该研究针对ΛCDM模型下BAO与CMB数据的差异，探究高红移原初黑洞蒸发产生的额外光学深度能否缓解差异，发现其提升量不足，无法显著消除差异。
2026-08-04 astro-ph.CO
Hemispherical Variance Anomaly and Reionization Optical Depth
CMB全天空温度数据显示，功率的半球不对称性几乎与椭圆形一致。在真实空间中，这种异常可以通过北半球和南半球的温度变化来量化，北半球显示出异常低的变化，而南半球似乎与最佳拟合理论LCDM的预期一致。虽然这是一个在温度方面的公认结果，但电流极化数据中的低信噪比阻止了类似的比较。即使温度和偏振是相关的，由温度数据约束的偏振实现表明，预计偏振数据中不存在方差的缺乏。因此，测试温度结果是否是侥幸的一种自然方法是测量CMB偏振分量的方差。在未来的CMB实验，将允许高精度的大规模偏振测量的预期中，我们研究偏振的方差如何依赖于LCDM参数的不确定性预测偏振图与普朗克的MCMC链。我们发现，与温度方差，偏振方差是显着敏感的宇宙学参数的不确定性。这主要来自于当前对再电离光学深度τ的约束较差，以及τ在低多极驱动方差的事实。在这项工作中，我们展示了如何的偏振映射的方差一般依赖于宇宙学参数。我们演示了如何在普朗克的两个最新的数据发布之间看到的τ测量的改善结果在更严格的约束偏振方差的期望。最后，我们考虑更小的不确定性，以及如何更精确的测量τ可以驱动的期望接近宇宙方差有限分布的半球偏振方差。
2019-12-05 astro-ph.CO
Eliminating the optical depth nuisance from the CMB with 21 cm cosmology
在受宇宙微波背景（CMB）观测约束的标准模型参数中，光学深度$τ$是一个令人讨厌的参数。虽然$τ$对再电离提供了一些粗略的限制，但它也降低了对其他宇宙学参数的限制。在这里，我们探讨如何21厘米宇宙学-作为再电离的直接探针-可以用来独立预测$τ$在努力改善CMB参数的限制。为此，我们制定了两个互补方案。第一个使用21厘米功率谱观测结合半解析模拟预测$τ$。另一种是使用全球21厘米的测量直接约束低红移（后再加热）的贡献，$τ$在一个相对独立的模型的方式。通过对即将到来的氢时代再电离阵列的性能预测，我们发现$τ$的误差可以得到显著的减少。这些结果是特别有效的，在打破CMB简并之间的$τ$和原始波动谱$A_s$的振幅，与错误的$\ln (10^{10} A_s)$减少了高达四个因素。第四阶段CMB对中微子质量和的约束也得到了改进，无论CMB实验是否能精确测量极化功率谱中的再电离凸点，误差都可能减小到$12\,\textrm{meV}$。因此，对21厘米谱线的观测不仅能够提高我们对再电离天体物理学的理解，而且能够提高我们对宇宙学的理解。
2016-01-26 astro-ph.CO
Measuring the reionization optical depth without large-scale CMB polarization
本研究探索无需依赖大尺度宇宙微波背景极化测量再电离光深$τ$的方法，结合多组观测数据得到接近大尺度极化约束精度的结果，为验证该参数现有约束、缓解普朗克大尺度数据异常提供新途径。
2024-05-14 astro-ph.CO
The CMB optical depth constrains the duration of reionization
本文指出，固定再电离终点后，CMB光学深度可敏感约束再电离持续时间，且高值$τ_{\rm CMB}=0.09$与南极望远镜pkSZ上限存在约2σ张力。
2025-05-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
Cosmic Reionization History and Dark Matter Scenarios
我们进行了分析的宇宙再电离的标准冷暗物质（CDM）的范例和替代暗物质的情况下。在Corasaniti等人（2017）的工作基础上，我们预测了CDM的再电离历史，对于温暖的暗物质（WDM），晚期形成的暗物质（LFDM）和超轻轴子暗物质（ADM）模型，这些模型重现了在非常高的红移$6\le z\le 10$下星系光度函数的最新测量。为此，我们采用了一个再电离模型参数化的限制紫外星系的大小有助于再电离$M_{\rm lim}$和平均有效逃逸分数的紫外光子到达星系际介质$\tilde{f}$。对于每个DM模型，我们计算的红移演化的汤姆逊散射光学厚度$τ_e(z)$和共动电离分数$Q_{\rm HII}(z)$。我们发现不同的DM模型有相似的再电离历史。相对于CDM的情况下的差异增加在较弱的限制UV-幅度和退化的影响，改变再电离模型参数。使用普朗克的集成光学深度的测定结合测量的中性氢分数在不同的红移，我们推断的约束$\tilde{f}$和$M_{\rm lim}$。结果在很大程度上是独立的假设DM的情况下，特别是对于$M_{\rm lim}\gtrsim -13$，我们得到的有效逃逸分数位于范围$0.07\lesssim \tilde{f}\lesssim 0.15$在$2σ$。
2019-01-21 astro-ph.CO
Extracting the late-time kinetic Sunyaev-Zel'dovich effect
我们提出了一种新的技术来分离的后期，后再电离组件的动力学Sunyaev-Zeldovich（KSZ）的影响，从它的贡献（知之甚少，可能是补丁）再电离的历史。kSZ效应是宇宙中{ \em缺失重子}最有希望的探测之一。我们研究的可能性重建它在三维（3D），使用未来的光谱调查，如欧几里得调查。通过重建一个3D模板，从星系密度和奇特的速度场光谱调查，我们互相关的估计对CMB地图。由此产生的互相关可以帮助我们映射出的kSZ的贡献，CMB在3D的红移的函数，从而扩展以前的结果，使用层析重建。这使得分离的晚时间效应的贡献，由于再电离。通过构造，它避免了来自前景、主CMB、tSZ效应以及恒星形成星系的污染。由于星系的数量密度很高，与CMB功率谱分析的研究相比，这种交叉相关研究的信噪比（S/N）更高。使用球面贝塞尔-傅立叶（sFB）变换，我们引入了一对3D功率谱：${\cal C}^{\parallel}_\ell(k)$和${\cal C}^{\perp}_\ell(k)$，可以用于此目的。我们发现，在未来的光谱调查与近全天覆盖和调查深度的$z\approx 1$，${\cal C}^{\perp}_\ell(k)$的重建可以实现在几个径向波段$k\approx(0.01-0.5 h^{-1}\rm Mpc)$的S/N高达${\cal O}(10)$范围内的角谐波$\ell=(200-2000)$…
2015-11-11 astro-ph.CO
Impacts of Dark Stars on Reionization and Signatures in the Cosmic Microwave Background
我们对暗恒星对宇宙再电离历史的可能影响及其在宇宙微波背景（CMB）中的特征进行了详细而系统的研究。我们计算了包括暗星在内的一系列恒星星族的氢再电离历史、CMB光学厚度和各向异性功率谱。如果暗星通过核散射捕获大量的暗物质，再电离可以被大大延迟，导致综合光学深度下降，最后散射和大规模的EE偏振功率谱的功率。利用WMAP7观测到的积分光学深度，在我们的正则再电离模型中，我们排除了具有高散射诱导捕获率的暗恒星占据了所有第一批恒星形成重子的90%以上，并且寿命超过2.5亿年的参数空间部分。当核散射只提供了适量的暗物质时，再电离可以稍微加速，适度增加CMB的光学深度。如果暗星没有通过核散射获得任何暗物质，那么对再电离和宇宙微波背景辐射的影响可以忽略不计。暗星对再电离及其CMB标记的影响可以通过改变再电离模型的现有参数来很大程度上模拟或补偿，这使得暗星难以从天体物理学的不确定性中解脱出来，但也拓宽了再电离模型中标准参数的范围，这些参数可以与观测结果保持一致。
2011-09-01 astro-ph.CO astro-ph.SR hep-ph
Constraining reionization with the first measurement of the cross-correlation between the CMB optical-depth fluctuations and the Compton y-map
我们提出了一个新的再电离探针，使用宇宙微波背景（CMB）的观测;在CMB光学深度的波动，探测积分电子密度，$δτ$，和康普顿$y$ -地图探测积分电子压力之间的互相关。这种互相关比$y$图功率谱受到后期集群贡献的污染要少得多。此外，这种互相关可以抑制电离气泡的温度，而光学深度涨落和动力学SZ效应则不能。我们测量这个新的观测使用普朗克$y$地图以及地图的光学深度波动，我们从普朗克CMB温度数据重建。我们使用我们的测量，以获得第一个CMB的上限内的电离气泡，$T_{\rm b}\lesssim 7.0\times10^5\,$ K（$2\,σ$）的温度。我们还提出了未来的预测，假设一个基准模型的特征再电离气泡大小$R_{\rm b}=5\,$ Mpc和$T_{\rm b}=5\times10^4\,$ K。使用信号主导的类PICO $y$图的基准互相关的信噪比变为具有CMB-S4 $δτ$的$\simeq7$和具有CMB-HD $δτ$的$\simeq13$。对于基准模型，我们预测CMB-HD $-$ PICO互相关应实现再电离参数的精确测量; $T_{\rm b}\simeq 49800^{+4500}_{-5100}\,$ K和$R_{\rm b}\simeq 5.09^{+0.66}_{-0.79}\,$ Mpc。由于电子密度波动的功率谱受$δτ$自动谱的约束，温度约束应该仅弱模…
2021-09-09 astro-ph.CO astro-ph.GA
Inference of the optical depth to reionization from low multipole temperature and polarisation Planck data
本文探讨了从具有复杂噪声特性和部分天空覆盖的宇宙微波背景各向异性图中构建低多极温度和极化似然的方法。我们使用普朗克2018高频仪器（HFI）和更新的SRoll 2温度和偏振图来测试我们的方法。我们提出了三种基于二次互谱估计的似然近似：（一）普朗克遗留论文中使用的基于模拟的似然（SimBaL）技术的变体，以产生低多极EE似然;（二）基于最大熵原理的半解析似然近似（momento）;（三）密度估计“无似然”方案（DELFI）。方法（ii）和（iii）可以推广到产生低多极联合温度极化（TTTEEE）的可能性。我们提出了广泛的测试，这些方法与现实的相关噪声模拟。然后，我们分析普朗克数据，并确认我们的方法的鲁棒性和多个频率间和频率内检测器集合组合SRoll 2地图的可能性。这三种可能性技术给出了一致的结果，并支持从HFI到reoinization的光学深度τ的低值。我们对tau的最佳估计来自于将低多极SRoll 2矩（TTTEEE）似然与CamSpec高多极似然相结合，并且tau = 0.0627+0.0050-0.0058。这与SRoll 2团队对tau的测定一致，尽管略高0.5 sigma，主要是因为我们对温度和偏振的联合处理。
2021-08-24 astro-ph.CO
Towards a non-Gaussian Generative Model of large-scale Reionization Maps
预计下一代大规模调查将产生高维数据集。这些数据集将携带有关星系形成和宇宙再电离早期阶段的丰富信息。从这些数据集中提取最大量的信息仍然是一个关键挑战。目前的宇宙再电离模拟计算成本太高，无法提供足够的实现来测试不同的统计方法，如参数推断。我们提出了一个非高斯生成模型的再电离地图，这是完全基于他们的汇总统计。我们重建大尺度电离场（气泡空间分布）直接从他们的功率谱（PS）和小波相位谐波（WPH）系数。使用WPH，我们表明，我们的模型是有效的，从一个单一的实现一个汇总统计生成各种新的大规模电离图的例子。我们比较我们的模型与目标电离地图使用的气泡尺寸统计，并在很大程度上找到一个很好的协议。与PS相比，我们的研究结果表明，WPH提供了最佳的汇总统计，捕获了高度非线性电离场的大部分信息。
2022-10-25 astro-ph.CO
The high-redshift tail of stellar reionization in LCDM is beyond the reach of the low-$\ell$ CMB
第一代（Pop-III）星可以通过$z=15$电离宇宙的1-10%，而富金属（Pop-II）星对电离的贡献可以忽略不计。这种低电离尾部可能会在大尺度CMB E模式偏振上留下可检测的印记。然而，我们表明，再电离的物理模型不太可能被充分扩展到检测任何参数超过总的光学深度通过再电离。这一结果部分是由普朗克推断的总光学深度驱动的，表明$z=8$周围有一个再电离中点，这与再电离由$z\approx 5.5$完成的要求相结合，限制了扩展尾部的幅度。为了证明这一点，我们进行半解析计算的再电离，包括流行-III星形成的minihalos与莱曼-沃纳反馈。我们发现，标准的Pop-III模型需要产生非常广泛的再电离在$z>15$，以区分在2- $σ$从Pop-II-唯一的模型，假设宇宙方差有限的测量低- $\ell$ EE功率谱。然而，我们表明，除非有（1）一个晚时间淬灭机制，如从强X射线反馈或（2）一些其他极端的波普-III的情况下，结构的形成使得它相当具有挑战性，以产生足够高的汤姆逊散射光学深度的$z>15$，$τ(z>15)$，并仍然与其他观测约束的再电离。
2021-09-28 astro-ph.CO astro-ph.GA
Constraints on the Optical Depth to Reionization from Balloon-Borne CMB Measurements
我们评估的不确定性与气球携带的实验，名义上称为头勘测者（$τS$），可以测量光学深度的再电离$σ(τ)$与给定的现实约束的仪器噪声和前景的排放。使用$τS$基准设计与6个频段之间的150和380 GHz的白色和均匀的地图噪声的7 $μ$ K弧分，可实现与一个单一的中纬度飞行，并包括普朗克的30和44 GHz的数据，我们评估的误差$σ(τ)$获得与三个前景模型和作为一个功能的天空分数$f_{\rm sky}$之间的40%和54%。我们使用参数和盲前景分离技术进行分析。我们比较了$σ(τ)$值与那些获得的低频和高频版本的实验称为$τS$ -LF和$τS$ -HF，只有四个和多达八个频带，频率覆盖范围更窄和更宽，分别。我们发现，$τS$的最低约束是$σ(τ)=0.0034$，获得的前景模型之一，$f_{\rm sky}$ = 54%。对于较小的天空部分，$σ(τ)$较大，在某些情况下大于2倍，其中$τS$ -lf，或作为前景模型的函数。$τS$ -hf配置不会导致明显更严格的约束。排除的30和44 GHz的数据，提供有关同步辐射的信息，导致显着的$τ$错误估计。在保持$f_{\rm sky}$ =40%的同时，将噪声降低10倍，得到$σ(τ) =0.0031$。结合来自DESI的$σ(τ) =0.0034$、BAO数据和来自CMB-S3/S4实验的未来CMB B模式透镜数据可以给出$σ(…
2022-11-22 astro-ph.CO
Promising Observational Methods for Detecting the Epoch of Reionization
自从在z > 6 Ly-alpha森林中首次探测到Gunn-Peterson槽和首次通过宇宙微波背景（CMB）再电离测量Thomson散射光学厚度以来，已经有好几年了。目前的CMB测量提供了一个显着的约束，再电离的平均红移，和Ly-alpha森林提供了一个下限的红移在再电离结束。然而，没有任何观察提供关于这一过程的持续时间和形态的确切信息。本文简要回顾了探测和研究宇宙相变的最有前途的观测方法，重点是CMB各向异性、伽马射线暴余辉、Ly-alpha发射星系和红移21 cm发射。
2010-09-24 astro-ph.CO
The Effects of Dark Matter Annihilation on Cosmic Reionization
我们通过研究宇宙再电离的时代，重新审视约束暗物质（DM）性质的可能性。先前的研究表明，DM湮灭不太可能提供大部分电离宇宙的光子，而是相对于恒星和类星体发挥了次要作用。然而，DM在$z\sim100-200$开始有效地湮灭，形成原始微晕，比第一颗恒星的形成要早得多。因此，如果DM湮灭在间隔$z \sim 20-100$上以甚至百分比水平电离宇宙，它可以在全球光学深度$τ$上留下显著的印记。此外，我们表明，宇宙微波背景（CMB）的偏振数据和未来的21厘米测量将使我们能够更直接地探测DM的光学深度的贡献。为了计算整个再电离时期的湮灭率，我们采用了结构形成研究的最新结果，并探讨了各种自由参数对我们结果的影响。我们表明，未来的测量可能会限制暗物质的湮灭截面的水平，从矮星系的观测，宇宙射线测量和重组的研究。
2015-12-02 astro-ph.CO
Constraining Extended Reionization Models Through Arcminute-Scale CMB Measurements
在宇宙微波背景（CMB）中测量自由电子的光学厚度τ_r对再电离提供了重要的约束，但它退化为更复杂的再电离模型。小角度尺度CMB测量的动力学Sunyaev-Zeldovich（kSZ）和Ostriker-Vishniac（OV）的影响有可能打破这种简并。我们计算了OV信号的各种扩展再电离的历史所描述的一个简单的解析形式。这些模型的参数化dz，再电离事件的持续时间。对于tau_r值相同的再电离历史，在l = 3000（C_3000）处，dz = 0.1和dz = 3.0的模型之间的OV幅度相差约20%。我们证明，OV信号的z < 6分量的去除将显着增强区分再电离历史的能力，C_3000在dz = 0.1和dz = 3.0的模型之间变化约2倍。如果低红移的OV和相关的kSZ信号可以被适当地减去，这将提供一个重要的观测约束扩展再电离模型。
2009-02-10 astro-ph.CO
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
Reionization constraints using Principal Component Analysis
利用Choudhury & Ferrara（2005）开发的半解析模型，我们通过主成分分析（PCA）研究了再电离的观测约束。假设z>6时的再电离主要是由恒星源驱动的，我们将未知函数N_{ion}（z）分解成其主分量，并利用Ly-alpha forest Gunn-Peterson光学深度得到的光电离率约束后者，其中N_{ion}（z）代表坍缩天体中每个重子IGM中的光子数，在z \sim 3.5处的WMAP 7电子散射光学厚度和莱曼极限系统的红移分布。我们的分析的主要发现是：（i）它是足够的模型N_{ion}（z）在红移范围2<z<14使用5个参数提取的最大信息包含在数据中。(ii)所有与再电离有关的量都可以被严格限制，因为z <6 because of a large number of data points whereas constraints at z>6是相对宽松的. (iii)在z>6处对N_{ion}（z）的弱约束不允许将不同的反馈模型与当前数据分开。有一个明确的指示，N_{ion}（z）必须增加在z>6，从而排除了再电离的单一恒星星族与非演变的IMF，和/或恒星形成效率，和/或光子逃逸分数。该数据允许非单调的N_{ion}（z），其可以包含z周围的尖锐特征\sim 7。(iv)PCA意味着在5.8<z<10.3（95%置信水平）之间必须完成…
2010-12-20 astro-ph.CO
Reionization in the Light of Dark Stars
我们研究了暗星对宇宙再电离历史的影响，以及暗星与Lyman-Werner（LW）辐射反馈在降低宇宙微波背景（CMB）光学厚度到普朗克测量的$τ= 0.054 \pm 0.007$范围内的相互作用。我们使用半解析的方法来评估再电离的历史和CMB的光学厚度，其中包括人口II（流行II）的恒星在原子冷却晕和流行III星在minihalos与LW反馈，之前的DS阶段。我们表明，虽然LW反馈本身可以减少集成光学深度的最后散射表面$\sim 0.05$只有当流行III恒星形成效率小于$\sim 0.2\%$，列入人口的DS可以自然导致测得的CMB光学深度更大的流行III恒星形成效率$\gtrsim 1\%$。
2021-12-08 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
Cosmic reionization after Planck
宇宙再电离是理解宇宙结构形成的关键，可以告诉我们第一个源的性质，如它们的恒星形成效率和电离光子的逃逸分数。通过结合最近发布的普朗克电子散射光学深度数据与高红移类星体吸收光谱的观测，我们得到了强有力的约束可行的再电离历史。我们表明，普朗克数据的列入有利于再电离的情况下，一个单一的恒星人口。平均$x_{\rm HI}$从$z=10.6$处的$\sim0.8$下降到$z=5.8$处的$\sim10^{-4}$，再电离在$5.8\lesssim z\lesssim8.5$（2- $σ$）附近完成，因此表明高红移源对再电离的贡献显著减少。通过将高红移星系光度函数数据纳入分析，我们可以对电离光子的逃逸分数$f_{\rm esc}$施加独立的约束。在红移范围$z=6-9$内发现了$\sim10\%$的非演化$f_{\rm esc}$。
2015-09-16 astro-ph.CO
Parametrizing the Reionization History with the Redshift Midpoint, Duration, and Asymmetry
一个新的参数化的再电离的历史，以方便强大的比较不同的观测和理论。通过指定中点、持续时间和不对称性参数，可以有效地捕捉电离分数随红移的演化。拉格朗日插值函数，然后用来构建解析曲线，精确地拟合相应的电离点。形状参数化是很好的匹配辐射流体动力学模拟的理论结果。再电离观测值的比较差异是：电离分数$|Δx_\text{i}| \lesssim 0.03$，21厘米亮度温度$|ΔT_\text{b}| \lesssim 0.7\, \text{mK}$，汤姆逊光学深度$|Δτ| \lesssim 0.001$和斑片状动力学Sunyaev-Zel'dovich角功率$|ΔD_\ell | \lesssim 0.1\, μ\text{K}^2$。这种精确和灵活的方法将允许参数空间的研究和自洽约束的再电离历史从21厘米，CMB，高红移星系和类星体。
2018-05-18 astro-ph.CO
