Probing the Epoch of Reionization with the Lyman Alpha Forest at z~4-5
不均匀的宇宙学再电离过程在z=4-5的星系际介质中留下了有形的印记。莱曼α森林通量功率谱提供了一个潜在的强大的探测时代的再电离。利用现有的SDSS I/II类星体样品，在没有其他物理过程影响Lyman α通量功率谱的情况下，利用z=4.5 ± 0.5处的Lyman α森林吸收谱，可以在~7 σ水平上区分两种宇宙学再电离方案，一种在z=6处完成再电离，另一种在z=9处完成再电离.红移范围z=4-5可能提供最好的窗口，因为仍然有足够的透射通量和类星体来测量通量波动的精确统计，并且IGM仍然保留了大量的再电离记忆。
2009-07-09 astro-ph.CO astro-ph.GA
Constraining Reionization with the $z \sim 5-6$ Lyman-$α$ Forest Power Spectrum: the Outlook after Planck
普朗克报告的CMB电子散射光学深度的最新测量结果显着减少了HI再电离模型的允许空间，指向一个较晚结束和/或较短的延长相变比以前认为。再电离脉冲加热星系际介质（IGM）到$\sim10^4$ K，由于扩散气体中的冷却和动力学时间较长，与哈勃时间相当，再电离加热的记忆被保留下来。因此，后期结束的再电离对$z\sim5-6$ Lyman-$α$（ly $α$）森林的结构具有重要意义。使用国家的最先进的流体动力学模拟，使我们能够改变再电离及其相关的热注入的时间，我们认为，现存的热再电离的签名可以通过检测在$5< z<6$的Ly $α$森林功率谱。这是因为功率的小规模切断不仅取决于这些时期的IGM温度，而且对IGM全热历史设定的压力平滑尺度特别敏感。比较我们不同的再电离模型与现有的测量在$z=5.0-5.4$的Ly $α$森林通量功率谱，我们发现，模型满足普朗克的$τ_e$，约束有利于适量的热注入与星系驱动的再电离一致，但不利于类星体驱动的情况。我们探讨了不同的再电离历史和加热模型对功率谱形状的影响，并发现它们可以产生类似的效果，但认为这种简并可以用足够高质量的数据来打破。我们研究了在$z\simeq 6$使用模拟类星体光谱测量通量功率谱的可行性，并得出结论，一个样本的$\sim10$高分辨率光谱与可达到的信噪比将允许区分不同的再电离方案。
2019-04-27 astro-ph.CO astro-ph.GA
Late-end reionization with ATON-HE: towards constraints from Lyman-$α$ emitters observed with JWST
本研究利用含氦的GPU辐射转移代码ATON-HE开展晚期再电离模拟，发现基准再电离模型难以匹配JWST在高红移处探测到的大量莱曼α发射，需更早的再电离历史，且该结果与Planck的汤姆逊散射光学深度结果存在张力。
2024-09-10 astro-ph.CO astro-ph.GA
Imprints of temperature fluctuations on the $z\sim5$ Lyman-$α$ forest: a view from radiation-hydrodynamic simulations of reionization
再电离导致星系际温度的大的空间波动，在其完成后可以持续很长时间。我们研究的印记，这种波动的$z\sim5$李$α$森林通量功率谱使用一组辐射流体动力学模拟不同的再电离方案。我们发现，大规模的相干温度波动带来的$\sim20-60\%$额外的功率在$k\sim0.002$ s/km，与最大的增强模型中的再电离是延长或结束的最新。在较小的尺度（$k\gtrsim0.1$秒/公里），我们发现，温度波动抑制功率的$\lesssim10\%$。我们发现，功率谱的形状是最敏感的再电离中点，而不是温度波动从再电离的补丁。然而，对于我们所有的模型与再电离中点的$z\le 8$（$z\le 12$）的形状差异是$\lesssim20\%$（$\lesssim40\%$），因为一个令人惊讶的匹配良好的取消之间的热加宽和压力平滑，发生现实的热历史。我们还考虑在紫外背景的波动，发现它们对功率谱的影响要比温度波动小得多，在$k\gtrsim0.01$ s/km。此外，我们比较我们的模型功率谱测量，发现我们的模型与$z<8$的再电离中点是强烈优于另一个，我们所有的模型与$z\geq8$的中点被排除在$2.5σ$。未来的测量可能能够区分可行的再电离模型，如果它们可以在较低的$k$下进行，或者，如果高$k$功率上的误差条可以减少一个因子$1.5$。
2019-10-04 astro-ph.CO astro-ph.GA
Robust Ly$α$ forest constraints on reionization from semi-analytic galaxy formation models
Research School of Astronomy and Astrophysics, Australian National University（澳大利亚国立大学天文学与天体物理研究学院）
研究利用半解析星系形成模型Meraxes，通过构建多种源模型并校准，测试莱曼α森林推断的再电离历史的稳健性，结果表明该历史对多种因素稳健，恢复出晚期且延长的再电离时期。
2026-07-29 astro-ph.CO astro-ph.GA
Large Opacity Variations in the High-Redshift Lyman-alpha Forest: the Signature of Relic Temperature Fluctuations from Patchy Reionization
最近对莱曼-α森林的观测显示星系间莱曼-α不透明度的大尺度空间变化，在z>5时随着红移的快速增长，远远超过了经验模型的预期。以前的研究试图用电离背景的空间涨落来解释这种过剩，但发现这需要极其罕见的源或电离光子的平均自由程的低值。在这里，我们报告说，大部分-或可能所有-观察到的过量可能来自残余的空间变化的温度，这是一个不可避免的副产品的一个补丁和扩展的再电离过程。以这种方式产生的不透明度波动的幅度取决于再电离的时间和持续时间。如果整个过剩是由于温度变化单独，所观察到的波动幅度有利于一个后期结束，但延长再电离过程，大约是一半完成的z~9和结束在z~6。在这种情况下，最高的不透明度出现在最早重新电离的区域，因为它们有最多的时间冷却，而最低的不透明度出现在最近重新电离的温暖区域。这种对应关系可能为斑片状再电离打开了一个新的观测窗口。
2015-12-01 astro-ph.CO astro-ph.GA
On the correlation between Ly$α$ forest opacity and galaxy density in late reionization models
本研究通过辐射转移模拟解释晚再电离模型中Lyα森林光深与星系密度的观测矛盾，发现该关系可作为再电离末期的补充探测手段。
2025-03-24 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
Separating the memory of reionization from cosmology in the Ly$α$ forest power spectrum at the post-reionization era
最近的研究表明，通过将再电离的记忆边缘化，可以从Ly $α$森林功率谱中提取出再电离的天体物理信息。宇宙再电离对Ly $α$森林功率谱的影响可以在宇宙学时间尺度上幸存下来，因为宇宙再电离是不均匀的，随后来自密度较高区域的冲击可以将低密度区域的气体加热到$\sim 3\times10^4$ K，并将其压缩到平均密度。然而，目前的方法边缘化的记忆再电离，不仅是依赖于模型，基于一个特定的再电离模型的假设，而且计算昂贵。在这里，我们提出了一个简单的分析模板的影响，宇宙再电离，从而将其视为一个宽带系统被边缘化的贝叶斯推断的宇宙学信息从Ly $α$森林在一个模型独立的方式。这个模板执行非常好的$\leq 6 \%$的错误在大尺度$k \approx 0.19$ Mpc $^{-1}$的记忆的再电离的效果是重要的，并再现了宽带效应的记忆的再电离在Ly $α$森林关联函数，以及预期的宇宙学参数的偏差，由于这个系统。该模板可以成功地恢复宇宙学参数空间中的预测误差的形态，如预期的那样，假设一个特定的再电离模型的边缘化目的，与几十个百分点的宇宙学参数的预测误差略有高估。我们进一步提出了一个类似的模板，这个系统的Ly $α$森林一维功率谱。
2023-02-07 astro-ph.CO
Chasing the Tail of Cosmic Reionization with Dark Gap Statistics in the Ly$α$ Forest over $5 < z < 6$
我们提出了一个新的调查星系际介质（IGM）的再电离结束附近使用“暗隙”的莱曼α（Ly $α$）森林。使用光谱的55类星体在$z_{\rm em}>5.5$，包括新的数据从XQR-30 VLT大型计划，我们确定的差距在LY $α$森林中的传输平均超过1共动$h^{-1}\,{\rm Mpc}$箱下降到5%以下。在$z<6$处鉴定出9个超长（$L > 80~h^{-1}\,{\rm Mpc}$）暗缺口。此外，我们量化的类星体光谱的分数表现出的差距长于$30~h^{-1}\,{\rm Mpc}$，$F_{30}$，作为红移的函数。我们分别在$z = 6.0$、5.8和5.6处测量到$F_{30} \simeq 0.9$、0.6和0.15，这些长暗隙中的最后一个持续到$z \simeq 5.3$。比较我们的结果与流体动力学模拟的预测，我们发现，数据是一致的模型，其中再电离扩展显着低于红移6。IGM基本上完全再电离的模型在$z \lesssim 6$的电离UV背景中保留大尺度波动，也可能与数据一致。总的来说，我们的研究结果表明，签名的形式的中性氢岛和/或大规模的波动的电离背景仍然存在于IGM，直到至少$z \simeq 5.3$的再电离。
2021-09-13 astro-ph.CO astro-ph.GA
Tantalizing Evidence of Reionization Relics in the eBOSS DR16 Ly$\boldsymbolα$ Forest Correlations: a Preference for Early Reionization
Tsinghua University（清华大学）；Peng Cheng Laboratory（鹏城实验室）
本文利用eBOSS DR16数据重新分析Lyα森林BAO测量，首次纳入再电离记忆，发现含再电离遗迹的模型拟合更好且倾向早期再电离，同时显著影响非BAO参数，强调其在宇宙学分析中的重要性。
2025-11-11 astro-ph.CO
Impact of inhomogeneous reionization on the Lyman-α forest
在高红移处的\lya森林是再电离的一个强有力的探测器。建模和观察这种印记带来了重大的技术挑战：必须考虑到不均匀的再电离，同时能够在再电离之前解决网状小尺度结构。在这项工作中，我们量化的非均匀再电离的影响\lya森林在较低的红移（$2 < z < 4$），即将到来的调查，如DESI将使通量功率谱的精确测量。我们使用两个小盒子模拟能够处理的\lya森林和半数值大盒子模拟的小尺度结构能够代表非均匀再电离的影响。我们发现，不均匀的再电离可以产生可测量的影响\lya森林功率谱。$z_{\rm obs} = 4$和$k = 0.14 \ \rm{Mpc}^{-1}$的3D功率谱的偏差范围为$19 - 36\%$，对后期再电离的影响更大。通过$z_{\rm obs} = 2$，校正减小到$2.0 - 4.1\%$。对1D功率谱的影响较小，范围从$z_{\rm obs}=4$处的$3.3 - 6.5\%$到$z_{\rm obs}=2$处的$0.35 - 0.75\%$，这些值与当前和即将进行的调查中的统计不确定性相当。此外，我们研究如何可以这个系统的约束与21厘米功率谱的四极的帮助。
2019-05-20 astro-ph.CO
Extracting the astrophysics of reionization from the Ly$α$ forest power spectrum: a first forecast
宇宙再电离对Ly $α$森林功率谱的影响最近被证明是显着的，即使在低红移（$z \sim 2$）。这种再电离的记忆在宇宙学时间尺度中幸存下来，因为高熵的平均密度气体被不均匀的再电离加热到$\sim 3\times10^4$ K，随后又受到来自密度更高区域的冲击。在不久的将来，Ly $α$森林3D功率谱的第一次测量将很有可能通过即将到来的观测工作实现，如暗能量光谱仪（DESI）。除了丰富的宇宙学信息，这些观测有可能从Ly $α$森林中提取再电离的天体物理学。我们预测，第一次，精度与Ly $α$森林三维功率谱的测量可以放置约束的再电离参数与DESI。具体而言，我们证明了电离效率，$ζ$，和托管电离源，$m_{\rm turn}$的晕的阈值质量的约束，将有$1σ$错误的水平$ζ= 25.0 \pm 11.6$和$\log_{10} (m_{\rm turn}/{\rm M}_\odot) = 8.7^{+0.36}_{-0.70}$，分别。因此，Ly $α$森林3D功率谱将提供再电离的独立探针，可能甚至在DESI检测中更早，其灵敏度仅略差于即将到来的再电离阵列氢时代（HERA）的21 cm功率谱测量，即$σ_{\rm DESI} / σ_{\rm HERA} \approx 1.5$用于$ζ$，$σ_{\rm DESI}/σ_{\rm HERA} \approx 2.0$用于$\log_…
2021-09-13 astro-ph.CO
Helium Reionization Simulations. III. The Helium Lyman-$α$ Forest
在La Plante等人（2017）中，我们提出了一套新的流体动力学模拟，旨在准确捕获氦II再电离过程。在本文中，我们讨论的观测签名中存在的He II Ly $α$森林。我们表明，有效的光学深度的体积$τ_\mathrm{eff}$是不足以捕捉氦II的电离态，由于大的变化固有的视线。然而，氦II通量PDF可以用来确定氦II再电离的时间。一维通量功率谱的幅值也可以确定氦II的电离态。我们表明，即使目前有限的观测数量（$\sim$ 50视线），通量PDF的测量可以产生有关氦II再电离的信息。此外，使用一维功率谱的测量可以提供再电离的时间以及电离辐射源的相对偏差的明确指示。
2017-10-09 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
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
Constraining reionization using 21 cm observations in combination with CMB and Lyman-alpha forest data
在本文中，我们将探讨由莱曼α森林和CMB目前的观测提供的再电离历史的约束。而不是使用一个特定的半解析模型，我们采取的新方法参数化的电离源与任意函数，并进行似然分析，以约束可能的再电离的历史。我们发现模型独立的结论，再电离很可能是大部分完成的z=8和IGM是50%电离在z=9-10。即将到来的红移21厘米中性氢谱线的低频观测预计将对6<z<12的氢中性部分进行更好的约束。我们使用我们的再电离的历史上的约束来预测可能的振幅的21厘米功率谱，并表明，最高的信噪比的意见将最有可能在频率对应于z=9-10。这一结果为即将进行的21 cm观测提供了重要指导。最后，我们评估的影响，中性分数的测量将对我们的知识的再电离和早期源人口。我们的研究结果表明，一个单一的测量中性分数中途通过再电离时代将显着提高我们的知识，整个再电离的历史。
2009-08-26 astro-ph.CO
Reionization and galaxy inference from the high-redshift Lyα forest
Lyman-α（Lyα）在遥远类星体光谱中的透射率取决于星系际介质（IGM）的密度、温度和电离状态。因此，高红移（z > 5）的Lyα森林对于研究再电离时代（EoR）的后期阶段以及驱动它的源的性质可能是非常宝贵的。事实上，高质量的类星体光谱现在已经确定了z > 5时大尺度不透明度波动的存在，其物理起源仍然存在争议。在这里，我们介绍了一个贝叶斯框架，能够约束EoR和星系的属性，通过前向建模的高z Lyα森林。利用星系和CMB观测的先验信息，我们证明了EoR的最终重叠阶段（当>95%的体积被电离时）应该发生在z < 5.6时，以再现森林光谱中看到的大尺度不透明度波动。然而，它是斑片状再电离和不均匀的紫外背景的组合，产生最长的冈恩-彼得森槽。Lyα森林观测收紧了对星系特征电离逃逸分数的现有限制，综合观测结果表明f_{\rm esc} \approx为7^4_3%，不利于星系晕（或恒星）质量的强烈演化。
2021-01-22 astro-ph.CO
Using Neural Emulators and Hamiltonian Monte Carlo to constrain the Epoch of Reionization's History with the Ly$α$ Forest Power Spectrum
University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；Max-Planck-Institut für Astrophysik（马克斯·普朗克天体物理学研究所）；The Ohio State University（俄亥俄州立大学）；Leiden University（莱顿大学）；University of Washington（华盛顿大学）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）
本研究利用神经模拟器和哈密顿蒙特卡洛方法，通过Lyα森林功率谱约束重离子化时期的史实，展示了高精度参数估计的潜力。
2025-09-16 astro-ph.CO
The effect of helium reionization on the Lyman-alpha forest hydrogen flux statistics
本文通过QSO族群与HeIII区域的Monte Carlo模拟，研究氦再电离对高红移莱曼α森林氢通量统计的影响，发现X射线选择的更多QSO可解释宽光深分布并改善通量自相关。
2024-10-28 astro-ph.CO astro-ph.GA
A consistent and robust measurement of the thermal state of the IGM at $2 \leq z \leq 4$ from a large sample of Ly$α$ forest spectra: Evidence for late and rapid HeII reionization
我们用103个高分辨率、高信噪比的Ly $α$森林光谱样本，用四种不同的通量分布统计量，在红移范围$2 \leq z \leq 4$内的十个红移仓中，计算了星系际介质的热态。我们的测量是用模拟光谱校准的，这些模拟光谱来自于用我们的热IGM演化代码CITE后处理的一套大型流体动力学模拟，对预期温度-密度关系的振幅和斜率进行精细采样。从我们的测量的通量功率谱，多普勒参数分布，以及小波和曲率统计推断的热参数同意在各自的误差范围内，都清楚地显示了温度的峰值和最小的斜率的温度密度关系预期从HeII再电离。结合我们从不同通量统计的测量，给出了平均密度下峰值温度的$T_0=(14750 \pm 1322)$ K和相应的最小斜率$γ= 1.225 \pm 0.120$。温度演变的峰值出现在$z \approx 3$，与先前的测量结果一致，该测量结果表明存在这样的峰值，尽管具有较大的分散。使用CITE，我们还计算了五个广泛使用的（空间均匀）UV背景模型预测的IGM的热状态。相当快速的热演化推断我们的测量是很好地再现的两个模型，如果我们假设（物理上动机良好）的非平衡演化与光加热速率，减少了一个温和的因素$\sim 0.7-0.8$。其他三个模型预测HeII的再电离时间更长，温度峰值比我们的测量结果更早和更高。
2021-07-16 astro-ph.CO astro-ph.GA
Forecast for the detectability of patchy hydrogen reionization in WEAVE-QSO measurements of the Lyman-$α$ forest power spectrum at redshift $z \geq 4$
The University of Nottingham（诺丁汉大学）；University of Hertfordshire（赫特福德大学）；Indian Institute of Technology Indore（印度理工学院印多尔分校）；Aix Marseille Université（艾克斯-马赛大学）；Università degli Studi di Milano-Bicocca（米兰比可卡大学）；Camosun College（卡莫森学院）；IUCAA（印度天体物理与宇宙学研究与教学中心）；INAF - Osservatorio Astronomico di Brera（意大利国家天体物理研究所布拉耶天文台）
本研究预测WEAVE-QSO巡天的一维莱曼α森林功率谱测量，可在z≥4时以约4.5σ显著性直接探测并表征斑块状氢再电离的大尺度残余印记。
2026-11-03 astro-ph.CO
Observing the tail of reionization: neutral islands in the $z=5.5$ Lyman-$α$ Forest
先前的研究已经注意到，在模拟$z>5.5$ Ly $α$森林的最高不透明度时存在困难，这是在类星体ULAS J 0148 +0600上观察到的极端Ly $α$谷的缩影。一种可能性是，在这些红移的最不透明的区域包含大量的中性氢。这种解释抛弃了再电离在$z=6$之前结束的普遍假设，也调和了在$z=7.5$独立观测到的显著中性宇宙的证据。在这里，我们探讨了一个模型，其中中性部分仍然是$\approx 10\%$在$z=5.5$。我们证实，该模型可以解释所观察到的分散在赖氨酸$α$森林混浊，以及所观察到的赖氨酸$β$传输在J 0148槽。我们对比模型与竞争的“早期”再电离的情况下，其特征在于一个短的平均自由程和大的波动后再电离电离背景。我们认为Ly $α$和Ly $β$有效光学深度，它们的相关性，槽尺寸分布，暗像素分数，IGM热历史，和空间分布的莱曼- $α$发射器周围的森林视线。我们发现，这些模型在几乎所有这些统计数据中大致相似，这表明可能很难明确区分它们。我们认为，在$z>5$的平均自由程和热历史上的改进约束可以走很长的路要走的起源诊断的$z>5.5$不透明度波动。
2020-03-28 astro-ph.CO
Probing Reionization and Early Cosmic Enrichment with the MgII Forest
由于使星系际介质（IGM）再电离的大质量恒星不可避免地爆炸为超新星，用金属污染宇宙，宇宙再电离和浓缩的历史密切交织在一起。虽然过度敏感的Ly-alpha跃迁在中性IGM中完全饱和，但如果再电离过程中产生的金属（Z~10 ^{-3} Z_sol）渗透中性IGM，则像MgII 2796，2804双峰这样的强低电离金属线将产生可检测的"金属线森林"。我们模拟MgII森林的第一次通过结合一个大的流体动力学模拟与半数值再电离拓扑结构，假设一个简单的富集模型，IGM均匀地充满金属。与识别离散吸收体的传统方法相比，我们将吸收体视为连续的随机场，并利用精密宇宙学的技术测量其两点关联函数。我们表明，一个现实的模拟数据集的10 JWST光谱可以同时确定镁丰度，[Mg/H]，1西格玛精度为0.02 dex和测量全球中性分数为5%的宇宙= 0.74和[Mg/H]=-3.7。<x_HI><x_HI>或者，如果IGM是原始的，则MgII森林的零检测将在95%可信度下对IGM金属丰度设定严格的上限[Mg/H]<-4.4，假设来自另一探针的> 0.5。<x_HI>金属浓度在环星系周围的星系可以显着污染的IGM信号，但我们演示了如何这些离散的吸收剂可以很容易地识别和掩盖，使其对关联函数的影响可以忽略不计。因此，MgII森林具有巨大的潜力，可以精确地限制宇宙的再电离和浓缩历史。
2020-07-30 astro-ph.CO
Detecting the redshifted 21cm forest during reionization
21厘米森林--高红移射电源光谱中的HI吸收特征--可能在再电离时期提供一个独特的探测大部分中性星系际介质（IGM）的方法。我们目前的模拟21厘米的森林由于大尺度结构的再电离时代的IGM，包括处方的X射线加热和渗透的光电离气泡。我们表明，如果检测到未来的仪器，如平方公里阵列（SKA），21厘米的森林可以提供一个显着的限制IGM的热历史。通过考虑在21 cm吸收开始时信号方差的突然增加，将有助于检测。如果无线电前景和本征源谱被很好地理解，在宽带宽上的通量衰减也可以改善检测前景。我们的分析占窄吸收线的可能性，从干预密集的区域，但是，与以前的研究不同，我们的结果不依赖于它们的属性。假设X射线加热对应于当地的恒星星族，我们估计，在不到一年的观测时间内，SKA可以对$z \sim 9$的天鹅座A型源进行21厘米吸收的统计学显著检测，而不是近十年的详细森林特征的显著检测。我们讨论了由于背景源丰度和21厘米吸收信号强度的不确定性而带来的观测挑战。
2011-10-25 astro-ph.CO
JWST ASPIRE: How Did Galaxies Complete Reionization? Evidence for Excess IGM Transmission around ${\rm [O\,{\scriptstyle III}]}$ Emitters during Reionization
利用JWST ASPIRE巡天数据研究z≈5.4-6.5处[O III]发射线星系与Lyα森林的互相关，发现其周围存在过量IGM透射和超过50 cMpc的电离泡，表明再电离晚期需要更多暗弱星系或更大尺度紫外背景，对现有再电离模拟提出挑战。
2025-03-10 astro-ph.CO astro-ph.GA
Reionization relics in the cross-correlation between the Ly$α$ forest and 21 cm intensity mapping in the post-reionization era
本文首次研究了后再电离时代 Ly$α$ 森林与 21 cm 强度映射的互相关，考虑了不均匀再电离遗迹的影响，并评估了多种仪器配置在红移 3.5-4 内的探测能力与参数约束潜力。
2024-12-20 astro-ph.CO
The imprint of inhomogeneous HeII reionization on the HI and HeII Ly-alpha forest
我们使用一组AMR流体动力学模拟后处理的辐射传输代码RADAMESH研究如何不均匀的HeII再电离影响星系际介质（IGM）。我们传播辐射的活动星系核（AGN）考虑两种方案的时间演化的电离源。我们发现，HeII再电离发生在一个非常不均匀的方式，通过生产分离良好的气泡的电离相，随后渗滤。总的来说，再电离过程在时间上是延长的，并持续一个红移间隔Δ z>1。在固定的气体密度，温度分布是双峰的早期阶段的HeII再电离和不能描述一个简单的有效的状态方程。当氦II再电离完成时，IGM的特征在于具有指数γ ~1.20的多方状态方程。这种关系明显比再电离过程开始时（γ =1.56）更平坦，并且在平均值周围呈现出更宽的分散度。我们从模拟中提取HI和HeII Ly-alpha吸收光谱，并将Voigt轮廓拟合到它们。我们发现，氦被双重电离的区域的特征在于由不同的概率密度函数的曲率和多普勒b参数的HI Ly-alpha森林的双峰温度分布的结果在早期阶段的HeII再电离。HeII和HI的柱密度比显示出很强的空间变异性。它的概率密度函数随时间迅速演变，反映了由于活动星系核的贡献，电离辐射更难的体积分数的增加。最后，我们表明，每单位红移的通量传输窗口的数密度和HeII光谱中的暗间隙的平均大小有可能区分不同的再电离方案。（节略）
2013-09-11 astro-ph.CO
On Modeling and Measuring the Temperature of the z~5 IGM
在高红移的低密度星系际介质（IGM）的温度是敏感的氢和HeII再电离的时间和性质，并可以从莱曼α森林吸收光谱测量。由于星系际气体在再电离过程中对加热的记忆会逐渐消失，因此需要尽可能接近再电离的测量。此外，在足够高的红移下测量IGM温度应该有助于隔离氢再电离的影响，因为HeII再电离开始较晚，在较低的红移下。受此启发，我们使用斑片状再电离的半数值模型来模拟z>5时的IGM温度。我们构建模拟莱曼α森林光谱从这些模型，并考虑其可观察到的影响。我们发现，在莱曼α森林的小尺度结构是敏感的IGM的温度，即使在红移的森林中的平均吸收高达90%。我们预测的精度在z~5 IGM温度可以测量使用现有的高分辨率类星体光谱的样本，并发现有趣的限制是可能的。例如，一个早期的再电离模型，其中再电离在z~10结束，应该是可区分的-在高统计显著性-从一个较低的红移模型，其中再电离在z~6完成。我们讨论改进我们的建模，可能需要强大的解释未来的测量。
2014-03-25 astro-ph.CO
The hydrodynamic response of small-scale structure to reionization drives large IGM temperature fluctuations that persist to z = 4
本研究通过高分辨率模拟发现，再电离加热引起的冷气体细丝和迷你晕膨胀导致IGM小尺度温度涨落持续到z≤4，并可能使Lyα森林通量功率增加约10%。
2024-07-17 astro-ph.CO astro-ph.GA
Ringing of the Reionization: A first direct measurement of the intergalactic pressure smoothing scale at redshift z>4.2 as imprinted onto small-scale peculiar velocities in the Lyman-alpha forest
University of Hertfordshire（赫特福德大学）；Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge（剑桥大学卡弗里宇宙学研究所）；SISSA- International School for Advanced Studies（国际高等研究学院）；INFN – National Institute for Nuclear Physics（意大利国家核物理研究所）；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）；ICSC - Centro Nazionale di Ricerca in High Performance Computing, Big Data e Quantum Computing（高性能计算、大数据与量子计算国家研究中心）；Institute of Astronomy, University of Cambridge（剑桥大学天文学研究所）
研究通过识别投影特殊速度梯度功率谱中的声学特征，利用玩具模型和线性理论，结合模拟方法及对z = 4.2 - 5.0通量功率谱的测量，首次直接测得高红移下宇宙间压力平滑尺度，为恢复热历史观测计划奠基。
2026-07-23 astro-ph.CO astro-ph.GA
Assuming Ionization Equilibrium and the Impact on the Lyman-$\mathrmα$ Forest Power Spectrum during the End of Reionization at $8 \geq z \geq 5$
利用宇宙辐射流体动力学\textsc{Technicolor Dawn}模拟方法研究了电离平衡假设对氢再电离末期星系际介质的影响。在中性和部分电离区，那里的超星系紫外线背景（UVB）是弱的，电离时标$t_\mathrm{ion}\equiv Γ^{-1}$超过哈勃时间。假设在这样的区域中的光电离平衡人为地提高了电离率，加速了再电离。与此相反，复合时间$t_\mathrm{rec} < t_\mathrm{ion}$在光电离区，结果，假设光电离平衡人为增加中性氢的分数。利用$8 \geq z \geq 5$之间的快照，我们比较了有和没有电离平衡假设的预测的莱曼- $α$森林通量功率谱。小尺度（$k > 0.1$ rad s km $^{-1}$）在电离平衡情况下显示出从$7 \leq z \leq 5.5$降低的功率，而较大尺度不受影响。这是由于相同的原因：电离平衡人为地抑制了自保护气体中的中性部分，并增强了空隙中的电离，抑制了电离场的小尺度波动。当体积平均中性分数下降到低于$10^{-4}$时，Lyman-$α$森林（LAF）上的非平衡电离特征消失。与最近的观测结果比较表明，这些非平衡效应在LAF通量功率谱中还没有观测到。
2022-04-11 astro-ph.CO
IGM damping wing constraints on the tail end of reionisation from the enlarged XQR-30 sample
利用扩大XQR-30样本的42个类星体光谱，通过贝叶斯重建框架约束IGM中性分数，表明再电离在红移5.8至6.55间仍在进行。
2024-04-19 astro-ph.CO
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
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
Possible evidence for a large-scale enhancement in the Lyman-$α$ forest power spectrum at redshift $\mathbf{\textit{z}\geq 4}$
非均匀再电离在大尺度上增强了$z\geq4$红移处的一维Lyman-$α$森林功率谱.这是由于电离氢部分的相干波动引起的大规模的变化后再电离气体温度，随着气体冷却而消退。因此，有可能利用这些残余涨落来约束波数为$\log_{10}(k/{\rm km^{-1}\,s})\lesssim -1.5$的功率谱的非均匀再电离。我们使用Sherwood-Relics混合辐射流体动力学模拟套件对$4.0\leq z \leq 4.6$的新Lyman- $α$森林功率谱测量进行了首次分析。这些数据延伸到波数$\log_{10}(k/{\rm km^{-1}\,s})\simeq -3$，相对不确定度为$10$ -每个波数箱中的$20$ %。我们的分析返回一个$2.7σ$偏好的增强莱曼- $α$森林功率谱在大尺度上，超过预期的空间均匀的紫外线背景。这种大规模的增强可能是一个签名的不均匀再电离，虽然这些数据的统计精度还不足以获得一个强大的检测遗物后再电离波动。我们表明，未来的功率谱测量的相对不确定性为$\lesssim 2.5$ %，应提供明确的证据，在大尺度上的功率谱增强。
2023-03-09 astro-ph.CO
On using large scale correlation of the Ly-$α$ forest and redshifted 21-cm signal to probe HI distribution during the post reionization era
我们研究了探测Ly-$α$森林和HI 21 cm信号的三维互相关功率谱的可能性。互相关信号是直接依赖于暗物质的功率谱，是敏感的21厘米的亮度温度和Ly-$α$森林的偏见。这些偏置参数决定了红移空间中各向异性的强度。我们发现，可以检测到互相关功率谱使用$400 ~ \, \rm hrs$观测SKA-mid（第1阶段）和未来的BOSS样实验与类星体（QSO）密度$30 ~ \rm deg^{-2}$在峰值信噪比$15$的单场实验在红移$z = 2.5$。我们还研究了使用互功率谱约束各种偏置参数的可能性。我们发现，对于SKA-mid（相位1）的$10$独立点，在相同的实验条件下，对应于Ly-$α$森林的21 cm线性红移空间畸变参数$β_T$和$β_{F}$的$1 σ$条件误差分别为$\sim 2.7\%$和$\sim 1.4 \%$.这一预测表明，在现有的测量显着改善。我们声称，检测的3D互相关功率谱不仅可以确定宇宙学起源的信号中存在的天体物理前景，但也将提供严格的限制大规模HI偏见。这为理解宇宙结构的形成提供了一个独立的探索。
2015-07-11 astro-ph.CO
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
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
Implications of the $z>5$ Lyman-$α$ forest for the 21-cm power spectrum from the epoch of reionization
在过去的几年里，由于发现了具有$z>6$的类星体，我们对红移为$z=5$ - $6$的星系际介质的理解有了相当大的提高，这使得在这些红移处进行莱曼- $α$森林研究成为可能。由此得到的一个认识是，氢的再电离可能比以前认为的要晚得多，因此在IGM中可能存在大量的冷中性氢“岛”，其红移为$z=5$ - $6$。通过使用IGM的辐射转移模拟，我们考虑了这些中性氢岛的存在对21厘米功率谱信号的影响，以及HERA、SKA、LOFAR和MWA等实验对其的潜在探测。与以前的21厘米信号模型相比，我们发现，由于再电离的后期结束，在我们的模拟中，21厘米功率在$z=5$ - $6$的$k\sim 0.1~h/$ cMpc处继续高达$Δ^2_{21}=10~\mathrm{mK}^2$。这个功率谱的值比文献中考虑的这些红移的传统模型高几个数量级。假设前景减影是乐观的，那么HERA和SKA 1-LOW在$\sim 1000$小时内应该可以检测到21厘米功率谱的如此高的值。由于相对较低的天空温度和可能更丰富的多波长数据，这个红移范围也很有吸引力。
2021-08-18 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
Studying dark gaps in Ly-$α$ forest transmission with large reionization simulations
Max-Planck-Institut für Astronomie（马克斯·普朗克天文学研究所）；Institute for Theoretical Physics, Heidelberg University（海德堡大学理论物理研究所）
通过大体积模拟研究Ly-α森林暗隙分布，探讨再电离末期宇宙介质的物理条件，发现稍晚的再电离结束情景与观测数据最吻合。
2026-05-09 astro-ph.CO
Forecasting constraints on the high-z IGM thermal state from the Lyman-$α$ forest flux auto-correlation function
本研究利用宇宙学流体动力学模拟，通过高红移类星体Lyman-$α$森林通量自相关函数预测了对IGM热状态参数$T_0$和$γ$的约束，并验证了包含温度与UVB波动的再电离模型的可区分性。
2023-09-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
Constraints on the Thomson optical depth to the CMB from the Lyman-$α$ forest
University of Cambridge（剑桥大学）；Kavli Institute for Cosmology Cambridge（卡弗里宇宙学剑桥研究所）；University of Hertfordshire（赫特福德大学）；University of Nottingham（诺丁汉大学）
本研究首次仅用莱曼-α森林约束再电离电子光学深度，通过映射电离与热状态，获得τ_e约0.04的约束，为独立于CMB的再电离研究提供新途径。
2026-09-15 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Constraints on the Evolution of the Ionizing Background and Ionizing Photon Mean Free Path at the End of Reionization
本研究针对z>5.3处莱曼α森林不透明度超额涨落问题，采用近似贝叶斯计算方法，利用XQR-30数据联合约束再电离末期的电离光子平均自由程与光电离率，验证了短平均自由程结合电离背景涨落模型的合理性。
2023-12-13 astro-ph.CO
Was reionization complete by z ~ 5-6?
通常认为再电离在z=6时完成，因为在红移z<6的莱曼α森林中检测到通量。然而，由于再电离预计是高度不均匀的，大部分的光谱通过电离的星系际介质（IGM）的组成部分，即使是不可忽略的值的体积加权平均中性氢分数，x_HI。我们研究了在z ~ 5- 6的不完全再电离的预期签名，使用非常大规模（2 Gpc）的数值模拟。我们发现，在这些红移下，排除不完全再电离是困难的，因为：（1）类星体位于电离场的偏置区域，周围的HI斑比全球平均值x_H所暗示的要少;（2）电离IGM内部剩余中性氢的吸收通常比剩余HI区的吸收占主导地位;（3）即使在电离的IGM中模拟Lyman α森林及其红移演化也是非常困难的，几乎不可能先验地做到。我们建议使用的像素是黑暗的一个简单的，几乎模型无关的上限x_HI的分数。或者，没有可检测通量的区域（暗间隙）的尺寸分布可以用于设置更多的模型相关约束。无论哪种方式，目前的类星体样本在统计上都不足以将z~6处的x_HI限制在10%的水平。在z~5处，其中存在更多可用视线并且森林不太暗，考虑到来自非常深的光谱和/或莱曼贝塔森林的大动态范围，约束x_HI < 0.1可能是可能的。最后，我们告诫不要过度解释观察结果。目前没有直接证据表明再电离在z ~ 5-6完成。
2009-10-22 astro-ph.CO
The Signatures of Large-scale Temperature and Intensity Fluctuations in the Lyman-alpha Forest
再电离过程似乎不可避免地会在星系际介质中产生大规模的温度波动。使用玩具温度模型和详细的加热历史从宇宙学模拟的HeII再电离，我们研究的后果，不均匀加热的Ly-alpha森林。在物理上动机良好的模型中，温度波动的影响可能令人惊讶地微妙。事实上，我们表明，在我们的再电离模拟预测的水平上的温度波动不会引起可检测的签名，在以前已经采用的统计类型。然而，由于在视线Ly-alpha森林功率谱中，小尺度密度功率与大尺度模式的混叠，早期的分析对具有>~ 30 Mpc波长的3D模式不敏感-温度波动可能相对最大的尺度。正在进行的重子振荡光谱巡天（BOSS）的目标是测量来自大样本类星体的Ly-alpha森林P_F的3D功率谱，以避免这种混淆。我们发现，物理驱动的温度模型可以改变P_F在一个统一的水平，在k <~ 0.1共动Mpc^{-1}，一个大小，应该很容易检测到与BOSS。紫外背景强度的波动也能显著地改变P_F。这些特征将使BOSS有可能研究HeII在2 < z < 3处再电离的热影响，并限制电离背景源的模型。未来的光谱测量可以将这种测量扩展到更高的红移，可能检测到氢再电离的热印记。
2011-07-13 astro-ph.CO
Damping Wing-Like Features in the Stacked Ly$α$ Forest: Potential Neutral Hydrogen Islands at $z<6$
本研究通过叠加类星体光谱中Ly$β$暗间隙两侧的Ly$α$森林，发现阻尼翼状吸收特征，结合模拟推断这由中性氢岛屿造成，得出$z=5.8$时中性氢比例下限，为再电离延伸至$z<6$提供了证据。
2024-06-28 astro-ph.CO astro-ph.GA
Prospects of a statistical detection of the 21-cm forest and its potential to constrain the thermal state of the neutral IGM during reionization
本研究通过半数值模拟前向建模21厘米森林信号，结合现有及未来射电望远镜特性，分析z=6处该信号的统计探测前景及零探测对IGM热与电离状态的限制能力。
2025-01-17 astro-ph.CO
How to constrain warm dark matter with the Lyman $α$ forest
高分辨率Lyman- $α$森林数据的通量功率谱在小尺度上表现出抑制。这种抑制的起源可能是由于长期寻找的暖暗物质（WDM）或热效应，与宇宙的再电离历史有关。以前的工作探讨了一类特殊的再电离历史，表现出足够强的热抑制，几乎没有留下空间的温暖暗物质的解释。在这项工作中，我们选择了一个不同的类的再电离的历史，完全兼容的再电离演化的现有数据，但更冷的再电离历史，由以前的作者在确定的性质的暗物质，从而留下最广泛的空间WDM解释的抑制通量功率谱。我们发现，WDM热文物与质量低于1.9千电子伏（95%CL）将产生抑制的规模大于观测到的最大通量功率谱，独立于热效应的假设。这WDM质量是显着低于以前声称的界限，证明了莱曼- $α$森林方法的系统不确定性的水平，由于以前的建模。我们还讨论了这种不确定性可能会影响也在大规模测量的eBOSS数据。
2022-05-26 astro-ph.CO hep-ph
A measurement of the Lyman-beta forest power spectrum and its cross with the Lyman-alpha forest in X-Shooter XQ-100
莱曼α森林是大尺度结构探测器，我们似乎对最高波数进行了建模控制。这使得莱曼-α森林对于限制暗物质的热度和再电离过程的时间具有极大的意义。然而，标准的统计量，莱曼α森林功率谱，是无法强烈约束IGM的温度-密度关系，这种能力进一步限制了如何以及其他高波数敏感参数可以约束。为了打破这些简并，我们测量了莱曼β森林的功率谱及其与同时代莱曼α森林的互相关性，使用VLT/X-Shooter XQ-100 Legacy Survey中z=3.5-4.5的100个类星体的光谱，其动机是莱曼β过渡的较小吸收截面，使其对相对于莱曼α过渡的较高密度敏感。我们的推论，从这个测量的IGM温度密度关系似乎闩锁一致到最近紧低红移莱曼α森林的限制。z=3.4-4.7的趋势，我们发现使用莱曼-α $-$莱曼-β交叉相关表明，随着红移的减少，温度-密度关系的斜率变平。这是预期的趋势，从正在进行的氦II再电离，有足够的时间达到渐近温度密度斜率后，氢再电离完成。此外，我们的测量提供了一个一致性检查IGM模型，解释莱曼-阿尔法森林，与交叉相关免疫系统学是不相关的两个森林之间，如金属线污染。
2021-10-15 astro-ph.CO
Detection of Extended He II Reionization in the Temperature Evolution of the Intergalactic Medium
我们提出了新的测量的星系际介质（IGM）的温度来自莱曼α森林超过2.0 < z < 4.8。森林中的61个高分辨率类星体光谱的小尺度结构量化使用一个新的统计，曲率，并转换为温度校准使用一套流体动力学模拟。在每个红移，我们专注于获得温度在一个最佳的过密度探测莱曼α森林，T（德尔塔），其中温度几乎是一个一对一的函数的曲率，无论斜率的温度密度关系。在这些测量中，2-sigma统计不确定性的中位数为8%，尽管由于IGM中未知的Jeans平滑量，可能存在可比的系统误差。我们使用我们的T（Delta）结果来推断平均密度T0时的温度。即使对于最陡的温度-密度关系，T0也必须从z ~ 4.4时的~8000 K增加到z ~ 2.8时的>~12000 K。这种增加与在没有He II再电离的情况下预期的T0单调下降不一致。因此，我们将观测到的温度升高解释为He II在z >~ 4.4时开始再电离的证据。T0的演化与He II在z ~ 3处再电离的结束是一致的，正如He II莱曼α森林的不透明度测量所表明的那样，尽管T0峰的红移在某种程度上取决于温度-密度关系的演化。这些新的温度测量结果表明，由于He II的再电离的热输入主导的IGM的热平衡在一个延长的时期内与Δ_z >~ 1。
2010-08-16 astro-ph.CO
The Sherwood-Relics simulations: overview and impact of patchy reionization and pressure smoothing on the intergalactic medium
我们提出了舍伍德文物模拟，一套新的大型宇宙学流体动力学模拟，旨在模拟星系际介质（IGM）期间和之后的宇宙氢再电离。该套件包括200多个模拟，涵盖了广泛的天体物理和宇宙学参数。它还包括模拟，使用一个新的轻量级的混合计划治疗辐射转移的影响。该方案遵循电离辐射场的空间变化，以及IGM温度和压力平滑的相关波动。它在计算上比全辐射流体动力学模拟便宜得多，并且避免了校准星系形成模型以满足宇宙再电离观测约束的困难任务。使用这种混合技术，我们研究的空间波动IGM的性质，是由补丁宇宙再电离播种。我们调查相关的物理过程，并评估其对z > 4莱曼α森林的影响。我们的主要发现是：（i）与以前的研究一致，斑片状再电离导致大尺度温度波动，持续到再电离结束后，（ii）这些增加了大尺度上的莱曼-α森林通量功率谱，（iii）导致空间变化的压力平滑，与当地再电离红移相关。(iv)结构蒸发或膨胀的光加热导致显着的特点，在莱曼α森林，如平底或双浸吸收剖面。
2023-02-28 astro-ph.CO
Constraining Neutrino mass using the large scale HI distribution in the Post-reionization epoch
中性星系际介质在后再电离时代，使我们能够研究宇宙结构的形成，通过观察红移21厘米信号和莱曼α森林。我们研究了通过物质功率谱中功率的抑制来测量中微子总质量的可能性。我们调查的可能性测量中微子质量通过其印记的互相关功率谱的21厘米的信号和莱曼α森林。我们认为，无线电干涉测量的21厘米的信号与SKA 1-中像射电望远镜和BOSS像莱曼α森林调查。Fisher矩阵分析表明，在基准红移z = 2.5时，平均分布在25个射电点上的10，000小时21厘米观测值，以及在1 {deg}^[2]中有30条类星体视线的莱曼-α森林巡天，使我们能够测量3.25%水平的Ω_v。平均分布在25个无线电点上的总共25，000小时的无线电干涉观测和具有\bar n = 60 { \rm deg}^{-2}的莱曼-α测量将允许在2.26%的水平上测量Ω_v。这相当于在（100 \pm 2.26）meV的精度下对\sum m_v和f_v = Ω_v/ Ω_{m}的2.49%水平上的理想测量。
2016-10-28 astro-ph.CO
