HST/COS Observations of the Quasar Q0302-003: Probing the He II Reionization Epoch and QSO Proximity Effects
Q 0302 -003($z=3.2860 \pm 0.0005$)是发现的第一个显示He II Gunn-Peterson槽的类星体,这是$z=3.2860 \pm 0.0005$不完全氦再电离的标志。我们提出了它的HST/宇宙起源光谱仪远紫外中分辨率光谱,它解决了许多光谱特征的第一次,允许研究类星体本身,星系际介质,类星体邻近效应。Q 0302 -003有一个比先前声称的更硬的固有极端紫外光谱指数,这是从光谱的直接拟合(产生$α_ν = -0.8$)和类星体的视线接近区的氦-氢离子比确定的。沿着这条视线的星系际吸收表明,除了由于本地源引起的电离之外,氦冈恩-彼得森槽在$2.87 < z < 3.20$范围内大部分是黑色的,这表明氦的再电离在这些红移处还没有完成。然而,我们尝试性地报告了在低密度区域时在高红移槽中检测到非零通量,但在高密度区域为零通量。这限制了He II分数为几个百分比,表明氦再电离已经通过$z \sim 3.1$取得了实质性进展。冈恩-彼得森海槽恢复到$z < 2.87$的He II Ly $α$森林。我们证实了一个传输功能,由于电离区周围的$z = 3.05$类星体只是离开视线,并解决了功能的第一次。我们发现了一个类似的特征,可能是由距离视线更远的一个发光的$z = 3.23$类星体引起的,这表明这个类星体已经发光超过3400万年。
2014-02-13 astro-ph.CO
Systematic Continuum Errors in the Lyman-Alpha Forest and The Measured Temperature-Density Relation
连续拟合的不确定性是通过莱曼- $α$森林的通量概率分布函数(PDF)估计星系间介质(IGM)的温度-密度关系(通常参数化为幂律,$T \propto Δ^{γ- 1} $)的主要误差来源。使用一个简单的数量级计算,我们表明,在类星体连续体的位置,由于例如一个统一的低吸收冈恩-彼得森组件的几个10-level的系统误差,可能会导致错误的$γ$的顺序统一。这是量化进一步使用一个简单的半分析模型的Lya森林通量PDF。我们发现,在连续统水平下的下(上)估计可以导致更低(更高)的测量值的$γ$。在目前的观测不确定性,连续偏差的两倍,在$γ$的误差从$σ_γ \approx 0.1$到$σ_γ \approx 0.2$在我们的模型。我们认为,需要采取措施,直接估计的水平,连续的偏见,以使最近的索赔倒置\tdr \更强大。
2012-09-27 astro-ph.CO
The Acoustic Peak in the Lyman Alpha Forest
我们提出了第一个模拟的签名重子声振荡(BAO)在莱曼α森林数据包含180,000模拟类星体视线。我们使用八个大的暗物质只有模拟上,我们画莱曼α场使用波动冈恩-彼得森近似。我们认为,这种方法应该是足够的平均签名的规模感兴趣。我们的研究结果表明,莱曼α通量提供了一个很好的示踪剂的基础暗物质领域在大尺度上和红移空间扭曲很好地描述了一个简单的线性理论处方。我们比较傅立叶和配置空间的方法来描述的信号,并认为配置空间的统计提供了有用的数据压缩。我们还研究了波动的光电离背景的影响,使用一个简化的模型,发现这样的波动增加大尺度上的平滑功率。然而,对于小幅度波动(<10%),声峰位置不受影响。较大的幅度波动使得BAO信号的恢复更加困难,并且可能降低测量的可实现的重要性。
2009-09-17 astro-ph.CO
Towards physics responsible for large-scale Lyman-$α$ forest bias parameters
使用一系列精心构造的数值实验的基础上流体动力学宇宙SPH模拟,我们试图建立一个直观的相关物理背后的大尺度密度($b_δ$)和速度梯度($b_η$)的莱曼- $α$森林的偏见。从应用于实空间光滑总密度场的涨落Gunn-Peterson近似出发,通过无热加宽的红移空间、有热加宽的红移空间和流体力学模拟的重子场,我们研究了文献中的近似。我们发现,Seljak的2012年的分析公式,这些偏置参数的工作令人惊讶的是,在没有热加宽和线性红移空间扭曲的限制。我们还证明了他的$b_η$公式在无热展宽的极限下是精确的。由于引入的热展宽显着影响其值,我们推测,结合大规模测量的$b_η$和小规模的通量PDF可能是一个敏感的探头的IGM的热状态。我们发现,来自平滑的总物质场的大尺度偏差是在10- 20%的流体动力学量的基础上,与文献中的其他测量。
2016-03-07 astro-ph.CO
Particle mesh simulations of the Lyman-alpha forest and the signature of Baryon Acoustic Oscillations in the intergalactic medium
我们提出了一套超大粒子网格模拟的LyA森林的目标是了解的重子声学振荡(BAO)在星系间介质的印记。我们使用9只暗物质的模拟,可以,第一次,同时解决金斯尺度的星系际气体,同时涵盖了大量的需要充分采样的声学功能。模拟吸收光谱使用波动耿-彼得森近似产生,具有近似正确的通量概率密度函数(PDF)和小尺度功率谱。在更大的尺度上,在红移空间的关联函数中有明显的声学特征的证据,它与具有恒定偏差的线性理论模板相匹配。我们公开提供的这些光谱可用于测试管道,计划未来的实验和模拟各种物理效应。作为一个例子,我们讨论了森林中的声信号的基本性质,噪声和源数密度的误差缩放,修改统计处理平均通量演变和误判,和非引力源,如光电离背景和温度波动的波动由于HeII再电离。
2010-02-27 astro-ph.CO
Large Lyman-alpha opacity fluctuations and low CMB tau in models of late reionization with large islands of neutral hydrogen extending to z<5.5
高红移类星体光谱显示星系际介质的Ly-alpha不透明度在z>~5.5的大尺度上有很大的空间起伏。我们提出了一个由星系驱动的宇宙再电离的辐射转移模拟,再现了这种大的散射和快速演变的Ly-alpha不透明度分布在5<z <6. The simulation also reproduces the low Thomson scattering optical depth reported by the latest CMB measurement and is consistent with the observed short near-zones and strong red damping wings in the highest-redshift QSOs. It also matches the rapid disappearance of observed Ly-alpha emission by galaxies at z>~6。在我们的模型中,再电离在z=5.3时完成,宇宙体积的50%在z=7时电离。在这样一个晚期再电离模型中,与Ly-alpha森林数据的一致性需要星系电离发射率的快速演变,其峰值在z~6.8。再电离的后期导致光电离率和中性氢分数在红移低至z<~5.5处的大散射,并具有大的残余中性“岛”,其可以产生非常长的冈恩-彼得森槽,类似于数据中所看到的…
2019-02-18 astro-ph.CO
Observations of the Lyman series forest towards the redshift 7.1 quasar ULAS J1120+0641
我们给出了一个30小时的积分甚大望远镜X射线射谱的莱曼系森林对$z = 7.084$类星体ULAS J1120+0641。在${\rm S/N}>5$上唯一检测到的传输仅限于Ly $α$森林中的七个狭窄的尖峰,在红移范围$5.858<z<6.122$内,正好在Ly $β$森林开始的波长的方向上。使用${\rm S/N}=4.5$,还可能在$z=6.854$的Ly $β$森林中检测到另一个未解决的尖峰。我们还提出了修正的哈勃空间望远镜F814 W测光的源。来自透射尖峰的总通量与F814 W测光一致,因此莱曼系森林中的所有透射都可能被检测到。在Ly $α$森林中,从$z=6.122$一直到$z=7.04$的类星体近带,存在一个Gunn-Peterson(GP)槽。该槽的共同移动长度为$240\,h^{-1}$ Mpc,是下一个已知最长的GP槽的两倍多。我们结合光谱和光度的结果来约束的演变与红移,$τ_{\rm GP}^{\rm eff}$扩展辛普森等类似的分析,我们发现$τ_{\rm GP}^{\rm eff} \propto (1+z)^ξ$,其中$ξ= 11.2^{+0.4}_{-0.6}$,$z > 5.5$的Ly $α$有效的光学深度。然而,这些数据提供的体积加权氢星系际(IGM)中性分数在$z\sim 6.5$,$x_{\rm HI} > 10^{-4}$,类似于在红移$z\…
2017-02-13 astro-ph.CO astro-ph.GA
The HeI 584 A Forest as a Diagnostic of Helium Reionization
我们讨论了使用HeI 584 A森林探测和研究HeII再电离的潜力。在星系间的HeII区域,预计会有显著的584 A吸收,而在HeIII区域的低密度气体中应该没有可检测到的吸收。与He II Ly-alpha吸收(最近研究的主题)不同,使用这种跃迁来研究He II再电离的困难不是饱和,而是吸收很弱。这种跃迁的冈恩-彼得森光学厚度为τ ~ 0.1 x_{HeII} Δ ^2 [(1+z)/5]^{9/2},其中x_{HeII}是氦在HeII中的分数,Δ是以宇宙平均值为单位的密度。此外,HeI 584 A吸收被较低的红移HI Ly-alpha吸收污染,具有可比的通量衰减。我们估计了从低密度气体(Delta ~ 1)中确定性检测红移HeI吸收的要求,这将表明HeII再电离正在发生。我们发现,这一目标可以实现(使用同时期的HI Ly-alpha吸收来掩盖密集区域和互相关),光谱分辨率为10^4,每个分辨率元素的信噪比约为10。利用哈勃太空望远镜上的宇宙起源摄谱仪,在几个已知的z ~ 3.5类星体的视线上,这样的规格可能是可以实现的。我们还讨论了如何HeI吸收可以用来测量的硬度以上的电离背景13.6 eV。
2010-09-24 astro-ph.CO
Mapping Lyman-alpha forest three-dimensional large scale structure in real and redshift space
这项工作提出了一种新的物理动机的监督机器学习方法,Hydro-BAM,再现三维莱曼- $α$森林领域在现实和红移空间学习参考流体动力学模拟,从而节省约7个数量级的计算时间。我们表明,我们的方法在重建场的一点(PDF)、两点(功率谱)和三点(双谱)统计数据中的准确度高达$k\sim1\,h\,\rm{Mpc}^{-1}$。当与参考模拟相比,包括红移空间失真,我们的方法实现了$\lesssim2\%$的偏差高达$k=0.6\,h\,\rm{Mpc}^{-1}$在四极杆,$\lesssim5\%$高达$k=0.9\,h\,\rm{Mpc}^{-1}$。对于边长为$k=0.8\,h\,\rm{Mpc}^{-1}$的三角形构型,双谱被很好地再现。相比之下,通常采用的波动冈恩-彼得森近似显示出显著的偏差,已经忽略了双谱中具有$k=0.2-0.4\,h\,\rm{Mpc}^{-1}$侧的构型处的特殊运动,在功率谱中也明显不太准确(在5 $\%$至$k=0.7\,h\,\rm{Mpc}^{-1}$内)。我们的结论是,一个准确的分析莱曼-PDMATHAMM森林需要考虑复杂的重子物理大尺度结构关系。我们的分层领域特定机器学习方法可以有效地利用这一点,并准备生成准确的Lyman-$α$森林模拟目录,涵盖DESI和WEAVE等调查所需的大量数据。
2022-02-03 astro-ph.CO
Probing Intergalactic Neutral Hydrogen by the Lyman Alpha Red Damping Wing of Gamma-Ray Burst 130606A Afterglow Spectrum at z = 5.913
GRB 130606 A的光学余辉是雨燕观测到的,其红移值接近再电离年代(z = 5.913),这为探测星系际介质的电离状态提供了新的机会。在这里,我们提出了一个分析的红色Ly α阻尼翼的余辉光谱斯巴鲁/FOCAS在10.4-13.2小时后爆发。我们发现,极小模型只包括基线幂律和HI吸收在宿主星系没有得到一个很好的拟合,留下的残差显示凹曲率在8400-8900 A的振幅约0.6%的流量。在短波长范围内的这种曲率不能被解释为消光在主机与标准消光曲线,余辉光谱的固有曲率,或由已知的系统的不确定性,在所观察到的光谱。通过在宿主外部介入HI气体的红色阻尼翼可以使残差减少约3 σ统计显著性。我们发现,阻尼Ly α系统是不赞成的起源,这种干预HI吸收,从观察到的Ly β和金属吸收功能。因此,弥漫性IGM的吸收仍然是一个合理的解释。用一个简单的均匀IGM模型进行拟合,需要HI中性分数fHI ~ 0.1-0.5,这取决于到GRB宿主的距离,意味着高fHI IGM与观测到的暗Gunn-Peterson(GP)槽有关。这为再电离在z ~ 6处尚未完成提供了新的证据。
2014-02-06 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Lyman-$α$ Forest Signatures of Mixed Fuzzy and Cold Dark Matter
Institut für Astrophysik, Georg-August-Universität Göttingen(哥廷根大学天体物理研究所)
研究混合模糊暗物质与冷暗物质宇宙中Lyman-α森林通量统计,发现小尺度速度功率抑制导致Ly α功率谱差异,凸显波动力学效应在暗物质动力学中的影响。
2026-10-06 astro-ph.CO astro-ph.GA
Probing patchy reionisation with JWST: IGM opacity constraints from the Lyman-$α$ forest of galaxies in legacy extragalactic fields
本研究利用JWST NIRSpec光谱首次表征高红移星系冈恩-彼得森槽,得出再电离末期基于星系的IGM不透明度约束,验证了其与类星体观测的一致性,并关联星系过密区与低IGM不透明度,为识别再电离源提供新方法。
2025-08-28 astro-ph.CO astro-ph.GA
Probing Reionization with Quasar Spectra: the Impact of the Intrinsic Lyman-alpha Emission Line Shape Uncertainty
可以说,了解红移z > 6的星系际介质(IGM)再电离尾端的最佳希望是通过检测和表征明亮类星体光谱中IGM的Gunn-Peterson(GP)阻尼翼吸收。然而,使用类星体光谱来测量IGM阻尼翼需要类星体的固有莱曼α发射线的模型。在这里,我们量化的不确定性,在固有的线的形状,以及这些不确定性如何影响IGM中性分数的测定。我们已经收集了一个目录的高分辨率的HST光谱的发射线的未遮蔽的低红移类星体,并具有其特点的变化的形状的线。然后,我们添加模拟吸收高红移IGM这些类星体光谱,以确定相应的不确定性,再电离约束使用当前和未来的样本z > 6类星体光谱。我们发现,如果莱曼-α发射线的红移被假定为符合从金属线确定的系统红移,推断IGM中性分数系统地偏置到低的值,由于莱曼-α线相对于金属线的系统蓝移。如果类似的蓝移持续存在于z > 6的类星体中,这种偏差加强了先前关于z ~ 6处存在大量中性氢的说法。即使只有少数明亮的类星体,这种技术也能够在高度电离(x_IGM ~ 10^-3)和中性(x_IGM = 1)的IGM之间做出可靠的区分。
2009-08-17 astro-ph.CO
LATIS: A Sample of IGM-selected Protoclusters and Protogroups at $z \sim 2.5$
LATIS 利用 Ly$\alpha$ 断层成像在 $z\sim2.5$ 处识别出 37 个 IGM 选定超密区,其中 85% 为原星系团,该方法规避了光谱选择偏差,使样本量提升约一个数量级,为研究星系与大尺度环境的联系奠定基础。
2025-07-15 astro-ph.CO astro-ph.GA
A New Method to Measure the Post-Reionization Ionizing Background from the Joint Distribution of Lyman-$α$ and Lyman-$β$ Forest Transmission
在再电离时代结束时,弥漫在星系际介质(IGM)中的电离背景的振幅对再电离宇宙的源的发射率提供了有价值的约束。虽然在较低的红移电离背景的测量依赖于模拟校准的映射之间的光电离率和平均传输的Ly $α$森林,在$z\gtrsim6$的IGM变得越来越不透明,和传输仅出现在狭窄的尖峰分离饱和冈恩-彼得森槽。在这种情况下,测量大的$\sim 50$ Mpc $/h$区域上的平均透射率的传统方法是不太敏感的并且是次优的。此外,Ly $β$跃迁的振子强度小五倍意味着Ly $β$森林在$z\gtrsim6$处相当透明,即使在存在前景$z\sim 5$ Ly $α$森林吸收的污染的情况下。在这项工作中,我们提出了一种新的统计方法来分析联合分布的传输尖峰在同空间$z\sim 6$ Ly $α$和Ly $β$森林。我们的方法依赖于近似贝叶斯计算(ABC),这避免了计算描述高度相关的Ly $α$和Ly $β$传输的棘手的似然函数的必要性。我们应用ABC模拟数据产生的大体积流体动力学模拟结合一个国家的最先进的模型的电离背景波动后再电离IGM,并表明,它是敏感的IGM中性氢馏分比以前的技术。作为一个概念的证明,我们应用这种方法来一个真正的$z=6.54$类星体的光谱和测量电离背景从$5.4\leq z \leq 6.4$沿这条视线与$\sim0.2$ dex统计不确定性。
2017-03-29 astro-ph.CO
Effects of Photoionization and Photoheating on Lyman-alpha Forest Properties from Cholla Cosmological Simulations
星系际介质(IGM)的密度和温度特性反映了宇宙学结构形成过程中的加热和电离历史,并且主要通过在背景源的观测光谱中的中性氢吸收特征的莱曼α森林来探测(Gunn & Peterson 1965)。我们提出的方法和初步结果从Cholla IGM光热模拟(CHIPS)套件进行的图形处理单元加速Cholla代码研究IGM在高,统一的空间分辨率保持在大容量。在这第一篇论文中,我们研究了CHIPS宇宙学模拟中的IGM结构,其中包括IGM均匀光加热和光电离模型,其中氢再电离提前完成(Haardt & Madau 2012)或红移z~6(Puchwein et al. 2019)。与大尺度和小尺度Lyman α透射通量功率谱P(k)在红移2 <~ z <~ 5.5处的观测结果比较,模型的相对一致性依赖于尺度,自洽的Puchwein等人(2019)IGM光加热和光电离模型与红移2 <~ z <~时k >~ 0.01 s/km处的通量P(k)吻合良好。3.5.在较大尺度上,P(k)的振幅从z~4.6增加到z~2.2的速度比模式快,并且在k = 0.002-0.01 s/km时介于2.2 <z <~ 4.6之间。我们认为可以通过改变与活动星系核相关的HeII光加热率来降低z~3处的IGM温度来改进模型。在较高的红移z>~4.5时,观测到的通量P(k)振幅以介于两个模型之间的速率增加,我们认为,对于氢再电离…
2021-03-24 astro-ph.CO
LyMAS: Predicting Large-Scale Lyman-alpha Forest Statistics from the Dark Matter Density Field
我们描述了LyMAS(Ly-alpha质量关联方案),这是一种从暗物质分布的中等分辨率模拟中预测大尺度Ly-alpha森林中聚类统计的方法,并从较小体积的高分辨率流体动力学模拟中进行校准。我们使用自适应网格流体动力学程序RAMSES生成的50 Mpc/h的同动体积“Horizon MareNostrum”模拟来计算条件概率分布P(Fs| δ_s)的透射通量F_s,在光谱分辨率尺度上平滑(1维),在暗物质密度对比度δ_s上,在类似的尺度上平滑(3维)。在这项研究中,我们采用的光谱分辨率的SDSS-III BOSS在z=2.5,我们发现最佳的结果为暗物质平滑长度σ =0.3兆秒差距/小时(共动)。在扩展的形式,LyMAS准确地再现了一维功率谱和1点流量分布的水力模拟谱。应用于MareNostrum暗物质领域,LyMAS准确地预测了2点条件通量分布和通量关联函数的全水力模拟的横向视线分离小至1兆秒差距/小时,包括红移空间失真的影响。它比确定性密度通量映射(“波动冈恩-彼得森近似”)更准确,通常用于森林的大体积模拟。通过MareNostrum校准,我们将LyMAS应用于300 Mpc/h和1.0 Gpc/h立方体的1024^3 N体模拟,以产生大型的公开可用的模拟BOSS光谱目录,这些光谱探测了大的共动体积。LyMAS将成为解释3-D Ly-alpha森林数据的强大工具,从而将BOSS和其…
2014-01-07 astro-ph.CO
Measuring the IGM correlation length at 5<z<6.1: a fast change at the end of Reionization
Heidelberg University(海德堡大学);Institute for Theoretical Physics, Heidelberg University(海德堡大学理论物理研究所);Max-Planck-Institut für Astronomie(马克斯·普朗克天文学研究所)
研究通过分析Lyman-α森林在红移5-6.1处的关联长度,发现其随红移变化,表明宇宙学模拟需更大尺度以准确反映再电离过程。
2025-07-16 astro-ph.CO
Planting a Lyman alpha forest on AbacusSummit
本文利用AbacusSummit N体模拟生成高分辨率Lyα森林吸收线和QSO目录,并用IllustrisTNG校准FGPA方法,以支持DESI全形状Lyα分析,同时揭示了小尺度上Lyα×QSO互相关与Kaiser近似预测的差异。
2023-05-15 astro-ph.CO
First measurement of the Mg II forest correlation function in the Epoch of Reionization
本研究首次测量再电离时期Mg II森林的相关函数,利用10个高红移类星体光谱得到镁氢比的95%置信上限,为后续JWST观测及宇宙再电离和增丰历史研究奠定基础。
2023-08-23 astro-ph.CO
Damping wings in the Lyman-α forest: a model-independent measurement of the neutral fraction at 5.4<z<6.1
通过堆叠莱曼-α森林暗间隙,首次在z=5.6处探测到阻尼翼信号,测得中性氢分数为0.19±0.07,支持晚期缓慢再电离情景。
2024-08-21 astro-ph.CO
Mock data sets for the Eboss and DESI Lyman-$α$ forest surveys
本研究提出一种公开代码,基于FGPA和FFT生成含BAO等真实大尺度相关性的莱曼-α森林模拟数据集,用于测试eBOSS和DESI巡天分析流程,生成的100个DESI天区模拟实现符合eBOSS精度要求,且预FGPA森林可快速生成新模拟集。
2024-05-14 astro-ph.CO