A case study of early galaxy cluster with the Athena X-IFU
本文利用Athena X-IFU模拟观测，验证了仅凭X射线高光谱数据重建z=2早期星系团热气体三维热力学与化学性质分布的可行性，并强调了视线方向气体混合对重建保真度的影响。
2023-10-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Athena X-ray Integral Field Unit
X射线积分场单元（X-IFU）是欧空局雅典娜X射线天文台的高分辨率X射线光谱仪。在5'等效直径的视场内，它将在约5弧秒像素上以2.5 eV至7 keV的光谱分辨率提供0.2至12 keV的X射线光谱。X-IFU基于冷却温度约为90 mK的超导铱-金过渡边缘传感器的大型阵列，每个传感器与由金和铋制成的吸收体耦合，间距为249微米。位于主TES阵列下方的低温反符合探测器能够减少非X射线背景。通过一系列机械冷却器组合15 K脉冲管、4K和2K焦耳-汤姆逊冷却器来获得约50 mK的浴温，所述机械冷却器预冷却由3 He吸附冷却器与绝热退磁制冷器耦合制成的亚开尔文冷却器。频域多路复用使得能够在一个单个通道中读出40个像素。光子与吸收体相互作用产生电流脉冲，由读出电子放大，其形状在板上重建，以高精度恢复其能量。Athena可移动反射镜组件提供的散焦能力使X-IFU能够通过将望远镜点扩散函数扩展到数百个像素来观察天空中最亮的X射线源（达到Crab样强度）。因此，X-IFU提供低堆积、高通量（>50%），并且在1 Crab强度下通常具有10 eV的光谱分辨率，即比基于硅的X射线探测器好10倍或更多。本文介绍了当前的X-IFU基线，以及在光谱分辨率、背景和计数率能力方面对其预期性能的评估。X-IFU基线配置将接受计划于2018年底进行的初步需求审查。
2018-07-16 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
The Athena X-ray Integral Field Unit: a consolidated design for the system requirement review of the preliminary definition phase
雅典娜X射线积分单元（X-IFU）是高分辨率X射线光谱仪，自2015年以来一直在雅典娜空间X射线天文台上进行研究，该天文台是一个多功能天文台，旨在解决热和高能宇宙科学主题，于2013年11月由巡天科学委员会选定。基于一个大型的过渡边缘传感器（TES）阵列，它的目标是提供空间分辨X射线光谱，光谱分辨率为2.5 eV（高达7 keV）的六边形视场为5弧分（等效直径）。X-IFU于2022年6月进入系统需求审查（SRR），大约与此同时，由于Athena的意外成本超支，ESA要求对X-IFU进行整体重新设计（包括X-IFU低温恒温器和冷却链）。在本文中，在说明了X-IFU的突破性功能后，我们描述了其SRR中的仪器，浏览了所有子系统和相关要求。然后，我们展示了仪器预算，特别强调了其一些关键性能参数的预期预算。最后，我们简要讨论了正在进行的关键技术演示活动，校准和活动，预计在X-IFU仪器科学中心，并触及沟通和推广活动，联盟组织，最后对X-IFU的生命周期评估，旨在最大限度地减少环境足迹，与仪器的发展。由于迄今为止对X-IFU进行的研究，预计随着欧空局要求的按成本设计的工作，X-IFU将保持空间分辨高分辨率X射线光谱学方面的旗舰能力，从而能够保留雅典娜飞行任务中与X-IFU有关的大多数原始科学目标。（节略）。
2022-11-28 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
The velocity structure of the intracluster medium during a major merger: simulated microcalorimeter observations
星系团之间的大合并可以在团内介质中产生大的湍流和整体流速，从而在重离子的X射线光谱发射线中留下诊断特征。正如Hitomi在对英仙座星系团的观测中所展示的那样，通过高分辨率X射线光谱测量星系团中的气体速度将可以通过即将到来的X射线量热仪来实现，比如XRISM，Athena或Lynx任务。我们调查这种可能性，通过X射线合成光谱与几个电子伏特的能量分辨率的流体动力学模拟的一个主要集群合并的有趣的位置。我们从垂直于合并平面和沿着合并轴的方向观察系统。在这些极端的几何构型中，我们发现了6.7keV铁类氦K_α线的明显的非高斯形状。从模拟中预测的速度色散可以用XRISM Resolve针对最亮的100 ks点进行检索，尽管与复杂的非高斯线形状有关的一些差异。然而，微弱区域的测量需要高S/N，因此需要Athena X-IFU量热计的更大收集面积。与后者，我们还调查了气体的温度和速度梯度跨合并弓形激波边缘，从20”宽的环从一个单一的1 Ms X-IFU指向提取。我们发现最适合的温度和速度色散值，是一致的预测从模拟1西格玛内，但推断的速度色散的不确定性太大，把任何严格的约束浅梯度下游的冲击。我们还提出了模拟图像的热和动力学Sunyaev-Zeldovich的影响，使用上述观察配置，并比较适合未来的天文台，如CMB-S4和AtLAST的角分辨率的结果。
2022-01-28 astro-ph.CO astro-ph.GA
The warm-hot circumgalactic medium around EAGLE-simulation galaxies and its detection prospects with X-ray and UV line absorption
我们利用EAGLE（Evolution and Assembly of Galvanes and their Environments）宇宙学模拟研究了红移为0.1的质量为$\mathrm{M}_{200c}=10^{11}$ - $10^{14.5}\,\mathrm{M}_{\odot}$的星系和晕周围的重子、远紫外（O VI）、极紫外（Ne VIII）和X射线（O VII、O VIII、Ne IX和Fe XVII）线吸收体的分布。EAGLE预测，环星系介质（CGM）包含更多的金属比跨晕质量的星际介质。我们在这里研究的离子跟踪温暖的热，体积填充阶段的CGM，但偏向于温度对应的碰撞电离峰为每个离子，并对高金属。在维里半径内的气体主要是碰撞电离的，但在这个半径附近和之外，对于O VI，光电离变得显着。当提出可观的，我们的工作与列密度，但量化它们的关系与等效宽度分析虚拟光谱。维里温度碰撞电离平衡离子分数是很好的预测柱密度的趋势与晕质量，但低估了晕中的离子的多样性。Halo气体在X射线谱线的最高柱密度吸收中占主导地位，但较低密度的气体对来自O VI和Ne VIII的强UV吸收谱线有贡献。在雅典娜X-IFU盲法调查中可检测到的O VII（O VIII）吸收剂中，我们发现41%（56%）来自$\mathrm{M}_{200c}=10^{12.0}$ - $10^{13.5}\,\mathr…
2020-09-04 astro-ph.CO astro-ph.GA
Towards mapping turbulence in the intra-cluster medium -- II. Measurement uncertainties in the estimation of structure functions
对充满星系团内部介质的热气的X射线观测提供了大量关于星系团动力学的信息。ICM的全球平衡被认为是部分确保非热压力的支持，特别是通过湍流运动的能量耗散。由于缺乏空间分辨的光谱学，使用X射线发射线精确映射湍流是具有挑战性的。只有未来的仪器，如雅典娜上的X射线积分场单元（X-IFU）将具有空间和光谱分辨率，以定量研究所有尺度的ICM湍流。这些研究的有力诊断是线位移和线增宽图，以及二阶结构函数。在估计这些量时，仪器将受到其测量结果的不确定性以及观测结果的样本方差（又名宇宙方差）的限制。我们在这里扩展的形式主义开始在我们的同伴论文我包括这些线诊断估计的统计不确定性的影响，特别是结构功能。我们表明，统计有助于通过不同的条款，这取决于探测器的几何形状，空间分箱和湍流场的性质的总方差。当探测湍流的小尺度时，这些项很重要。这些方程的应用进行的X-IFU，使用合成的湍流速度地图的后发座星系团。结构函数估计（<3%）和方差（<10%）与公式吻合良好。这里和论文I中推导出的表达式是通用的，并确保对湍流结构函数的任何X射线测量中的总误差进行估计。它们还为即将到来的仪器和观测策略的优化开辟了道路。
2019-06-26 astro-ph.CO astro-ph.IM
Searching for Evidence of Energetic Feedback in Distant Galaxies: A Galaxy Wide Outflow in a z~2 Ultraluminous Infrared Galaxy
星系形成的主要模型需要大规模的能量外流来调节遥远星系及其中心黑洞的生长。然而，目前在高红移下对这一假设的观测支持主要限于罕见的z>2射电星系。利用Gemini-North NIFS积分场单元（IFU）对一个z~2超亮红外星系（L_IR>10^12太阳光度）的[OIII]辐射进行了观测，该星系具有光学识别的活动星系核（AGN）。高速度和宽[OIII]发射的空间范围（~4-8 kpc）与z>2射电星系中发现的一致，表明在星系群中存在大规模的能量外流，可能比遥远的射电星系更常见。这个系统的低射电光度表明射电明亮的喷流不太可能是驱动外流的原因。然而，估计产生大规模外流信号（约3000万年以上约10^59尔格）所需的能量输入，可以由活动星系核和/或强烈恒星形成过程中产生的超新星风辐射驱动的风提供。驱动外流所需的能量注入与星系球体的估计结合能相当，这表明它可以对星系的演化产生重大影响。我们认为，在这个系统中观察到的外流可能是比较典型的高红移ULIRG人口和讨论这些意见的影响星系形成模型。
2009-11-14 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Revealing an Energetic Galaxy-Wide Outflow in a z~2 Ultraluminous Infrared Galaxy
星系形成的主要模型需要大规模的能量外流来调节遥远星系及其中心黑洞的生长。然而，目前在高红移下对这一假设的观测支持主要限于罕见的z>2射电星系。利用Gemini-North NIFS积分场单元（IFU）对一个z~2超亮红外星系（ULIRG; L_IR>10^12 L_sol）的[O III]5007辐射进行了观测，该星系具有光学识别的活动星系核（AGN）。高速度和宽[O III]发射的空间范围（~4-8 kpc）与z>2射电星系中发现的一致，表明在星系群中存在大规模的能量外流，可能比遥远的射电星系更常见。这个系统的低射电光度表明射电明亮的喷流不太可能是驱动外流的原因。然而，估计产生大规模外流信号（约3000万年以上约10^59尔格）所需的能量输入，可以由活动星系核和/或强烈恒星形成过程中产生的超新星风辐射驱动的风提供。驱动外流所需的能量注入与星系球体的估计结合能相当，这表明它可以对星系的演化产生重大影响。我们认为，在这个系统中观察到的外流可能是比较典型的高红移ULIRG人口和讨论这些意见的影响星系形成模型。
2009-11-18 astro-ph.CO
Mass Assembly of High-z Galaxies with MASSIV
MASSIV（VVDS中的SINFONI质量集合巡天）是VLT上的SINFONI积分场单元（IFU）观测到的84个遥远恒星形成星系的样本。这些星系被选择在红移范围0.8 < z < 1.9内，即它们的年龄在30亿到50亿年之间。该样本旨在探测这个宇宙学时代代表性星系的动力学和化学丰度特性。一方面，近距离环境研究表明，大约三分之一的样本涉及重大合并。另一方面，运动学分析表明，42%的样品是旋转盘，与较高的红移样品一致。剩下的58%显示出复杂的运动学，这表明了基于色散的动力学支持，并且这些星系中大约有一半参与了主要的合并。球状体、不松弛的合并残留物或极度湍流的圆盘可能是这种行为的一种解释。此外，空间分辨的金属丰度分析揭示了正梯度，增加了一个星系演化情景的难题。
2012-12-06 astro-ph.CO
The warm-hot circumgalactic medium around EAGLE-simulation galaxies and its detection prospects with X-ray line emission
利用EAGLE模拟方法，对大晕质量范围（$\mathrm{M}_{\mathrm{200c}} = 10^{11.5}$ - $10^{14.5}\,\mathrm{M}_{\odot}$）内星系环星系介质（CGM）的X射线金属线辐射的可探测性进行了估算.使用XRISM Resolve仪器，应可检测到来自$\mathrm{M}_{\mathrm{200c}} \gtrsim 10^{13}\,\mathrm{M}_{\odot}$晕圈的少量亮（K-$α$或Fe L-壳层）线。使用Athena X-IFU或Lynx主阵列，可检测到来自$\mathrm{M}_{\mathrm{200c}} \gtrsim10^{12.5}\,\mathrm{M}_{\odot}$晕内CGM的发射谱线（尤其是来自O VIII和O VII的发射谱线），并且可检测到维里半径外的组内和簇内气体。利用Lynx超高分辨率阵列，可以访问$\mathrm{L}_{*}$星系的晕的内部CGM。这些估计值确实假设了长暴露时间（$\sim 1 \,$ Ms）和大空间箱（$\sim1$ - $10\,\mathrm{arcmin}^{2}$）。这种发射主要是由碰撞电离（CI）气体，并往往来自晕中心。发射偏向于接近CI气体的最大发射率温度（$\mathrm{T}_\mathrm{peak}$）的温度以及高密度和金属丰度。然而，…
2022-07-16 astro-ph.CO astro-ph.GA
Towards mapping turbulence in the intra-cluster medium -- I. Sample variance in spatially-resolved X-ray line diagnostics
对星系团的X射线观测提供了关于气体湍流运动的性质、其物理尺度以及与之相关的基本过程的见解。X射线发射线的空间分辨、高分辨率光谱测量提供了对发射大气中湍流运动性质的诊断。由于它们的作用尺度与物体的大小相当，这些物理参数的不确定性通过样本方差受到观测测量次数的限制。我们提出了一种不同的和互补的方法，通过引入新的分析发展线诊断的样本方差的计算重复数值模拟（即蒙特卡洛采样）。我们认为模型的“湍流气体云”，包括在各向同性和均匀的湍流所描述的一个普遍的Kolmogorov功率谱与随机振幅和相位的光学薄介质。下面的傅立叶系数的4项相关性的一个简单的处方，我们推导出一般的表达式的样本的平均值和方差的线质心移位，线加宽和投影速度结构函数。我们进行了数值验证的基础上蒙特卡罗模拟的两个流行的模型的气体发射率的基础上的β模型。通用表达式的样本方差的线的质心位移和扩大在任意孔径的推导和匹配的模拟范围内的适用性。通用表达式的平均值和方差的结构函数提供和验证模拟。雅典娜/X-IFU和XRISM/解决仪器的应用程序预测的潜力，敏感的，空间分辨光谱探测的惯性范围内的湍流速度级联的后发座状星系团。
2019-07-24 astro-ph.CO astro-ph.IM
Single-object Imaging and Spectroscopy to Enhance Dark Energy Science from LSST
单目标成像和光谱望远镜的孔径范围从4米到40米有可能大大提高宇宙学的约束，可以从LSST。两个主要的宇宙学探测器将极大地受益于LSST的后续行动：对附近和遥远的Ia型超新星的精确分光光度测量将通过释放高Z超新星的约束力来扩大宇宙学距离杠杆臂;而具有强透镜超新星和类星体时间延迟的宇宙学将需要额外的高节奏成像来补充LSST，自适应光学成像或光谱学，以获得精确的透镜和源位置，和使用说明书或狭缝光谱学来测量透镜系统的详细特性。我们强调了这两个科学驱动因素的科学影响，并讨论了额外的资源将如何使它们受益。对于这两个科学案例，LSST将在LSST调查的宽场和深场提供大量的物体样本，但表征单个系统和整体系统学的额外数据将是确保对高红移进行强大宇宙学推断的关键。要使LSST时域宇宙学充分发挥其潜力，就必须让社区获得大量2-4米望远镜的自然视宁成像、8-40米望远镜的自适应光学成像和光谱学以及4-40米望远镜的高通量单目标光谱学。在两个配套的白皮书中，我们提出了LSST宇宙学的额外收益，这些收益将来自深场和宽场多目标光谱学。
2019-03-22 astro-ph.CO
Galaxy cluster rotation revealed in the MACSIS simulations with the kinetic Sunyaev-Zeldovich effect
本研究利用 MACSIS 流体动力学模拟分析了大质量星系团中介质大尺度运动引起的旋转 kSZ 效应，评估了不同物理条件下的信号幅度，发现暗物质、星系和气体自旋的不对齐会导致估计次优，并提供了自旋-质量标度关系以支持未来 CMB 和 X 射线观测的建模与预测。
2023-06-16 astro-ph.CO astro-ph.GA physics.comp-ph
First direct carbon abundance measured at $z>10$ in the lensed galaxy MACS0647$-$JD
在z>10的透镜星系MACS0647$-$JD中首次直接测量碳氧丰度，发现其亚太阳且高于同类星系，暗示快速恒星形成或特殊恒星族群，未来IFU观测将分辨星团化学。
2025-09-26 astro-ph.CO astro-ph.GA
BlueMUSE: Project Overview and Science Cases
我们提出了BlueMUSE的概念，一个蓝色优化，中等光谱分辨率，全景积分场摄谱仪的基础上的MUSE的概念，并提出了甚大望远镜。与MUSE相比，BlueMUSE的优化透射率低至350 nm，FoV（1.4 x 1.4 arcmin $^2$）更大，光谱分辨率更高，BlueMUSE将开辟一个新的银河系和河外科学案例范围，超出MUSE的特定能力。例如，对我们银河系和本星系群中的大质量恒星进行调查将使已知的大质量恒星数量增加到$>$ 100倍，以回答有关其演化的关键问题。BlueMUSE的深场观测也将显著增加莱曼α发射体的样本，跨越宇宙正午时代。这将彻底改变对遥远宇宙的研究：允许星系际介质在发射中被明确地检测到，从而能够研究星系及其周围环境之间的重子交换。到2030年，当大多数新的大型设施（ELT，JWST）的重点将放在红外线上时，BlueMUSE将成为一个独特的设施，在蓝色/紫外线方面优于任何ELT仪器。它将与ELT，JWST以及ALMA，SKA，Euclid和Athena产生强大的协同作用。
2021-11-09 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
JWST MIRI detections of H$α$ and [O III] and direct metallicity measurement of the $z=10.17$ lensed galaxy MACS0647$-$JD
利用JWST MIRI和NIRSpec联合观测，首次直接测量了$z=10.17$透镜星系MACS0647$-$JD的金属丰度，并约束了其电离参数、电离光子产生效率和恒星形成率，展示了JWST研究最早$5$亿年星系的能力。
2024-10-08 astro-ph.CO astro-ph.GA
