On the accuracy of common moment-based radiative transfer methods for simulating reionization
在再电离的宇宙学模拟中,通常通过求解强度场的双极和偶极,并通过计算四极矩来封闭方程组来处理辐射转移。我们调查的准确性最常见的封闭方法,即爱丁顿张量的选择。我们认为,这些算法是最有可能出错后,再电离和准分析的测试问题,模仿这些情况:大规模后再电离背景波动和辐射转移在一个主要的电离介质与离散吸收剂。我们表明,OTVET和M1过自屏蔽吸收固定的背景光电离率时,导致30-40%的高发射率,以平衡增加的复合。这种过电离导致在模拟运行与这些算法有一个因子的平均元银河光电离率相对于真相给定的电离发射率低~2。此外,这些算法不太可能在低于光子平均路径的尺度上再现电离背景波动:当模拟盒小于平均自由路径的两倍时,OTVET倾向于高估那里的波动,否则低估,而M1则大大低估了这些波动。因此,这些数值方法很可能不够准确,以解释再电离后观察到的Ly $α$森林不透明度波动。我们发现,需要遵循大量的角方向,以捕捉后再电离电离背景波动准确地与射线跟踪代码。最后,我们认为,在许多模拟信号,电离光子的平均自由程是几倍大,在这样的模拟比观测测量值的减少的光速的值上的后再电离背景的强烈依赖性。
2020-12-06 astro-ph.CO astro-ph.GA
The effect of a short mean free path on HII regions and 21-cm tomography during reionization
本研究开发了首个显式纳入平均自由程(MFP)作为自由参数的再电离解析模型,发现短MFP显著减小HII区域大小并降低21厘米信号对比度,对SKA等阵列的观测灵敏度提出了更高要求。
2025-10-10 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Predicament of Absorption-Dominated Reionization: Increased Demands on Ionizing Sources
当电离光子到达宇宙的每一个角落时,再电离时代结束。再电离通常被认为主要受到星系产生电离光子的速率的限制,但是最近Becker等人(2021)在$z = 6$处测量到$0.75^{+0.65}_{-0.45}$适当Mpc的电离光子平均自由程非常短,这表明在其他电离的星系际介质中剩余中性氢的吸收可能比以前预期的要大得多。在这里,我们表明,这个短的平均自由程和同时代的暗像素分数在Ly $α$森林之间的一致性需要一个累积输出的$6.1^{+11}_{-2.4}$电离光子每重子再电离的结束。这意味着电离光子预算比以前的估计有了显著的增加,大大加剧了以后对星系电离输出测量的紧张局势。在我们的模型中,将这个约束转化为星系的瞬时电离产物,我们发现$\log_{10}f_{\rm esc}ξ_{\rm ion}/\text{(erg/Hz)}^{-1} =25.02_{-0.21}^{+0.45}$在$z\sim6$。即使对早期恒星星族的电离产生效率有乐观的假设,并假设星系光度函数扩展到极暗源($M_{\text{UV}}\leq-11$),完全再电离也需要电离光子的逃逸分数超过整个星系群体的$20\%$。这比在任何较低红移的星系群中观察到的要大得多,这需要在宇宙时间的第一个十亿年后星系性质的快速演化。在现有的氢中性分数和平均自由程的观测限制下,这种紧张局势不能完全缓解。
2021-05-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
The short ionizing photon mean free path at z=6 in Cosmic Dawn III, a new fully-coupled radiation-hydrodynamical simulation of the Epoch of Reionization
最近在$\rm z=6$对星系际介质(IGM)中电离光子(mfp)的平均自由程的测定低于许多理论预测。为了深入了解这个问题,我们研究了我们新的大规模完全耦合辐射流体力学宇宙学模拟再电离:宇宙黎明III(CoDaIII)的mfp的演变。CoDaIII的尺度($\rm 94^3 \, cMpc^3$)和分辨率($\rm 8192^3$网格)使其特别适合于研究再电离过程中IGM的演变。该模拟是在Summit上使用RAMSES-CUDATON进行的,使用了131072个处理器和24576个GPU,使其成为有史以来最大的Reionization模拟和最大的RAMSES模拟。一个优越的协议与全球约束的再电离CoDaIII CoDaII,特别是中性氢馏分和宇宙光电离率的演变,由于改进的校准,较晚结束再电离($\rm z=5.6$),和更高的空间分辨率。分析mfp,我们发现CoDaIII很好地再现了从$\rm z=6$到$\rm z=4.6$的最新观测结果。我们发现,在CoDaIII的MFP的分布是双峰,短(中性)和长(电离)的MFP模式,分别由于补丁的再电离和共存的中性与电离区域在再电离。中性模式峰值在亚kpc至kpc mfp标度,而电离模式峰值从$\rm z=7$处的$\rm 0.1 Mpc/h$演变为$\rm z=5.2$处的$\sim 10$ Mpc/h。计算mfp作为电离模的平均值提供了…
2022-08-22 astro-ph.CO
A short mean free path at $z=6$ favors late and rapid reionization by faint galaxies
最近在$5 < z < 6$对电离光子平均自由程($λ_{912}^{\rm mfp}$)的测量表明,IGM在那些时候正在迅速发展。我们使用辐射传输模拟来探索再电离的影响,重点是在$z=6$的短值$λ_{912}^{\rm mfp} = 3.57^{+3.09}_{-2.14}$ cMpc/ $h$。我们介绍了一个模型的亚分辨率电离光子汇的基础上辐射流体动力学模拟小规模IGM聚集。我们认为,在$λ_{912}^{\rm mfp}$在$z=5-6$的快速演变,连同约束的元银河系电离背景,有利于后期再电离过程中,中性馏分迅速演变的后半部分。我们还认为,短的$λ_{912}^{\rm mfp}(z=6)$指向微弱的星系作为再电离的主要驱动力。我们的首选模型,具有$λ_{912}^{\rm mfp}(z=6) = 6.5$ Mpc/ $h$,具有$z= 7.1$的中点和$z= 5.1$的终点。它需要每个H原子3个电离光子来完成再电离,并且在$z>6$处的LyC光子产生效率为$\log(f^{\rm eff}_{\rm esc} ξ_{\rm ion}/[\mathrm{erg}^{-1} \mathrm{Hz}]) = 24.8$。将$λ_{912}^{\rm mfp}(z=6)$恢复到与测量的中心值一样低可能需要IGM团块的增加超过来自模拟的预测,光子预算相应增加。
2021-09-17 astro-ph.CO
Large fluctuations in the hydrogen-ionizing background and mean free path following the epoch of reionization
莱曼α森林中的极大不透明槽被解释为z~6以下扩展再电离过程的标志。这样的特征是不可能重现简单的模型,假设一个统一的平均自由程电离光子的星系际电离背景。我们建立了一个自洽模型的电离背景,其中包括波动的平均自由程由于电离背景和大尺度密度场的强度变化。主要的效果是抑制电离背景在大规模的空隙,由于“自屏蔽”的光学厚吸收剂的数量增加。我们的模型的结果在50兆秒差距/小时莱曼α森林有效光学深度的分布,显着提高了与观测在z~5.6的协议。外推到z~5.4和z~5.8似乎是有希望的,但是匹配平均背景演化需要超出本模型范围的吸收体群体的演化。我们还证明了需要非常大的体积(>400 Mpc的一侧),以准确地确定罕见的大规模特征的发病率在莱曼α森林。
2015-09-23 astro-ph.CO
Capturing Small-Scale Reionization Physics: A Sub-Grid Model for Photon Sinks with SCRIPT
本研究扩展了半数值框架SCRIPT,引入自洽亚网格模型关联电离相关物理量与密度场,经多类观测验证有效,还发现成团因子与平均自由程强相关,为高红移再电离研究提供工具。
2025-10-30 astro-ph.CO astro-ph.GA
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
Patchy Kinetic Sunyaev-Zel'dovich Effect with Controlled Reionization History and Morphology
使用新的半数值代码的再电离琥珀色,我们模型的补丁动力学Sunyaev-Zel'dovich(kSZ)的影响,直接指定的再电离历史的红移中点$z_\mathrm{mid}$,持续时间$Δ_\mathrm{z}$,和不对称$A_\mathrm{z}$。通过最小晕质量$M_\mathrm{h}$和辐射平均自由程$λ_\mathrm{mfp}$进一步控制电离源和辐射。AMBER再现自由电子数密度和补丁kSZ功率谱的辐射流体动力学模拟在目标分辨率($1\,{\rm Mpc}/h$)与匹配的再电离参数。利用一套使用AMBER的$(2\,{\rm Gpc}/h)^3$模拟,我们首先使用Planck 2018 Thomson光学深度结果(95\% CL)约束红移中点$6.0<z_{\rm mid}<8.9$。然后,假设$z_{\rm mid}=8$,我们发现,$D^{\rm pkSZ}_{\ell=3000}$的振幅与再电离$Δ_z$的持续时间成线性比例,并与从南极望远镜(SPT)的结果$1σ$上限$Δ_z<5.1$($Δ_z$包围$5\%$ $95\%$电离)。此外,较短的$λ_{\rm mfp}$可导致$\sim 10\%$较低的$D^{\rm pkSZ}_{\ell=3000}$和$Δ_z-D^{\rm pkSZ}_{\ell=3000}$缩放关系中较平坦的斜率,从而影响在$\ell=300…
2022-03-08 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Effect of Absorption Systems on Cosmic Reionization
我们使用大规模的模拟,调查在最后,重叠阶段的再电离形态。我们的方法使用了一个有效的三维平滑技术,考虑到有限平均自由程由于吸收系统,λ,通过只平滑尺度R_s<λ。我们的计算的大的动态范围是必要的,以解决在一个有代表性的体积内的再电离结束时留下的中性补丁,我们发现,模拟体积超过几百Mpc的一面是必要的,以正确的模型再电离时,中性分数为~0.01-0.3。我们的研究结果表明,一个强大的依赖于渗流形态的模型参数空间的一个大的和不确定的区域。最重要的一个参数是吸收系统的平均自由程,吸收系统是电离辐射的不透明屏障。如果这些吸收系统像一些现实的估计所表明的那样丰富,那么重叠相的空间结构比以前预测的要复杂得多。由于在最高红移处的平均自由程缺乏限制,目前不包括莱曼极限系统吸收的理论,特别是三维模拟,可能会低估再电离结束时中性云的丰度。这影响了与再电离相关的21厘米信号的预测,在z ~5-6的类星体光谱中吸收特征的解释,再电离和局部宇宙之间的联系,以及在动力学Sunyaev-Zel 'dovich效应产生的宇宙微波背景中测量的温度波动对再电离的斑块性和持续时间的限制。
2012-01-19 astro-ph.CO
The Predicament of Absorption-dominated Reionization II: Observational Estimate of the Clumping Factor at the End of Reionization
本研究通过电离平衡建立成团因子与平均自由程的关联,测得z=5-6处成团因子远高于传统假设,提升了高红移星系的电离光子需求,或能调和再电离历史与JWST的观测结果。
2024-07-11 astro-ph.CO
Cosmic Reionization On Computers: Biases and Uncertainties in the Measured Mean Free Path at the End Stage of Reionization
本文使用 Cosmic Reionization on Computers 模拟研究再电离末期平均自由程(MFP)的观测偏差,发现在真实 MFP 较小($z=6.8$)时推断值受类星体寿命影响显著,而在较大时偏差小于30%。
2025-06-24 astro-ph.CO
Small-scale clumping of dark matter and the mean free path of ionizing photons at $z=6$
本文研究了暗物质宇宙学对 $z>5$ 电离光子平均自由程的影响,通过对比 CDM、WDM 和超轻轴子模型,发现轴子模型功率增强更符合 $z=6$ 的短平均自由程测量结果,但再电离过程等不确定性阻碍了可靠的宇宙学结论。
2023-04-05 astro-ph.CO astro-ph.GA
Measuring photo-ionization rate and mean free path of HeII ionizing photons at $2.5 \leq z \leq 3.6$: Evidence for late and rapid HeII reionization Part-II
该研究测量了红移$2<z<4$内HeII电离光子的光致电离率、平均自由程等参数,发现其显著演化,支持HeII再电离在$z\u223c2.74$前未完成且较晚快速发生的情景,与星系/类星体巡天及IGM热参数测量结果一致。
2025-09-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
Probing Ultra-late Reionization: Direct Measurements of the Mean Free Path over $5<z<6$
本文通过类星体光谱直接测量了红移5到6之间电离光子的平均自由程,首次在z≈5.3和5.6处获得数据,发现其随时间快速增长并显著偏离完全电离模型,表明IGM在红移六以下仍处于再电离或强涨落状态。
2023-08-08 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Opacity of the Intergalactic Medium During Reionization: Resolving Small-Scale Structure
在再电离过程的早期,星系际介质(IGM)在小尺度上是非常不均匀的,这是由于中性IGM中的低金斯质量和冷暗物质宇宙中结构的分层生长。这个小尺度的结构在再电离时期充当了重要的汇,阻碍了从第一个电离辐射源扫出的电离前沿的进展。在这里,我们提出了高分辨率的宇宙学流体动力学模拟,解决了宇宙学的牛仔裤质量的中性IGM在代表性的卷数兆位差距。绝热流体动力学,我们遵循的是适当的,在未加热IGM,气体有机会响应光电离加热之前。我们的重点是确定宇宙学模拟所需的分辨率,以充分采样和解决小尺度结构调节不加热IGM的不透明度。我们发现需要质量为mdm 1 Mpc的暗物质粒子< 50 Msun and box size of L >.我们的收敛结果显示如何电离辐射的平均自由程和电离氢的聚集因子依赖于紫外背景(UVB)流量和红移。例如,我们发现,在z = 10时,电离率为γ ~ 0.3 ~ 3 x 1 e-12 s^-1时,聚集因子通常为10 ~ 20,相应的平均自由程为~ 3 ~ 15 Mpc,这将先前关于平均自由程演化的工作扩展到了更小的尺度和更早的时间。
2013-10-18 astro-ph.CO
COMAP Early Science: VII. Prospects for CO Intensity Mapping at Reionization
我们介绍COMAP-EoR,下一代的一氧化碳映射阵列项目,旨在扩展CO强度映射到再电离时代。COMAP-EoR通过两个额外的30 GHz仪器和一个新的16 GHz接收器补充了现有的30 GHz COMAP Pathfinder。这种频率的组合将能够在再电离红移($z\sim5-8$)处同时映射CO(1- 0)和CO(2- 1),此外还显著提高了Pathfinder的$z\sim3$灵敏度。我们研究了一组现有的模型的EoR CO信号,并发现功率谱跨越几个数量级,突出了我们对这一时期的宇宙历史和COMAP-EoR测量值的极端无知。我们进行了迄今为止最详细的强度映射互相关预测,发现我们考虑的6个模型中有5个模型产生了COMAP-EoR的信噪比(S/N)$\gtrsim20$,最亮的达到了400以上的S/N。我们表明,对于这些模型,COMAP-EoR可以从$z\sim2-8$中详细测量宇宙分子气体的历史,以及探测由这些模型预测的传统调查无法检测到的微弱的恒星形成星系的人口。我们表明,对于单一的模型,不预测许多微弱的发射器,COMAP-EoR型测量需要排除它们的存在。我们简要探讨了第三代扩展再电离阵列(COMAP-ERA)的前景,它能够探测最微弱的模型,并以极其详细的方式表征最明亮的信号。
2021-11-12 astro-ph.CO astro-ph.GA
The THESAN project: properties of the intergalactic medium and its connection to Reionization-era galaxies
高红移星系际介质(IGM)和原始星系群正迅速成为河外天文学的新前沿。我们调查的IGM属性和它们的连接到星系在$z\geq5.5$电离光子逃逸和暗物质的性质不同的假设下,采用我们的新的THESAN辐射流体动力学模拟套件,旨在提供一个全面的图片的出现在一个完整的再电离的背景下的星系。我们的模拟有现实的“晚”再电离的历史,匹配全球IGM属性的可用约束,并再现最近观察到的电离光子的平均自由程的快速演变。我们还检查了高z Lyman- $α$传输。光学深度的演变与数据是一致的,其分布表明,甚至比模拟更晚的再电离,虽然具有很强的灵敏度源模型。我们表明,这两个未知数的影响可以解开特征的光谱形状和分离的莱曼- $α$传输区域,开辟了可能性,以观测约束。对于第一次在模拟中,THESAN再现调制的莱曼- $α$通量作为星系距离的函数,展示了耦合一个现实的星系形成模型与适当的辐射流体动力学的力量。我们发现这个功能是非常敏感的再电离的时间,而相对不敏感的源模型。总的来说,THESAN产生了一个现实的IGM和星系人口,为未来分析高z宇宙提供了一个强大的框架。
2022-01-27 astro-ph.CO astro-ph.GA
Bubble size statistics during reionization from 21-cm tomography
即将到来的SKA 1-Low射电干涉仪将足够灵敏,能够产生来自再电离时代的红移21厘米信号的层析成像数据。由于信号的非高斯分布,单独的功率谱分析将不能提供其属性的完整描述。在这里,我们考虑一个额外的度量,它可以来自断层成像数据,即电离区域的气泡尺寸分布。我们研究了三种方法,以前被用来表征气泡尺寸分布的模拟数据的氢电离分数-球平均,平均自由程和朋友的朋友的方法-并将其应用到模拟的21厘米的数据立方体。我们的模拟数据立方体的SKA 1-低再电离实验预期(灵敏度决定)的分辨率,我们研究的光锥和红移空间畸变效应的影响。为了确定电离区域中的21厘米的数据,我们引入了一种新的,自我调整阈值的方法的基础上的K-Means算法。我们发现以这种方式识别的电离细胞分数始终低于平均体积平均电离分数。从比较的三个气泡尺寸的方法,我们得出结论,所有三种方法都是有用的,但平均自由程方法在跟踪再电离的进展和分离不同的再电离方案方面表现最好。发现光锥效应影响频率跨越超过约10 MHz的数据($Δz\sim0.5$)。我们发现,红移空间扭曲只轻微影响气泡尺寸分布。
2017-11-08 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
Direct Numerical Simulation of Reionization II: Recombinations, Clumping Factors, and the Photon Budget for Reionization
在这第一个几个应用程序的文件,我们调查的机制,从恒星源在高Z星系的再电离,估计在IGM的重组时间的各种聚集因子的效用,和光子预算需要实现再电离。我们测试的准确性的静态和时间依赖模型的Madau等人。再电离完成/维护的预测。我们在一个20 Mpc的共动立方体中模拟了一个WMAP 7 LCDM宇宙模型,该模型包含800^3个均匀流体单元和暗物质粒子。通过调整我们的恒星形成近似匹配观测到的恒星形成率密度和光度函数,我们创造了一个完全耦合的辐射氢实现H再电离,开始在z~10,并在z~5.8完成。我们发现,大约2个电离光子每个H原子需要转换中性IGM到一个高度电离的状态,这支持的“光子饥饿”的情况下讨论的博尔顿和Haehnelt。再电离过程中导致这个数字的事件通常可以被描述为由内而外,但实际上,这种叙述取决于人们认为电离的气体的电离水平。我们发现,Madau等人推导的维持IGM电离状态所需的紫外光子产生率dN/dt_ion(z)的公式不应该用来预测再电离完成的时间,因为它忽略了全局电离平衡中不可忽略的历史依赖项。我们发现,电离体积分数QHII的时间依赖模型是更好的预测,但高估了红移的再电离完成的delta_z~1。我们提出了一个修改后的公式的时间依赖模型,同意我们的模拟O(1%)。最后,我们使用我们的模拟来估计全球紫外线逃逸分数,由于环星系气体解决我们的网格为<f_esc>~0.7。
2013-11-09 astro-ph.CO
Dark ages reionization & galaxy formation simulation XII: Bubbles at dawn
直接探测电离氢(HII)区域已被认为是宇宙再电离的一种有前途的探测方法。观测来自再电离时代(EoR)的氢的红移21厘米信号是新一代低频无线电干涉仪背后的关键科学驱动力。我们调查的可行性相结合的低频观测与平方公里阵列和近红外测量数据的宽视场红外巡天望远镜探测宇宙再电离成像HII气泡周围的大质量星系在宇宙黎明。虽然个别气泡将太小,无法检测到,我们发现,通过堆叠红移21厘米光谱集中在已知的星系,它将有可能直接检测到EoR在$z \sim 9-12$,并放置定性约束的星系际介质(IGM)的自旋温度的演变在$z \geq 9$。特别地,给定使用该技术检测电离气泡,可以确定它们周围的IGM通常是吸收还是发射。由于HII区域的平均尺寸的简并性,使用这种方法确定IGM的全局平均中性分数将被证明是更加困难的。
2017-07-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
Efficient Modelling of Lyman-α opacity fluctuations during late reionization epoch
Max-Planck-Institut für Astronomie(马克斯·普朗克天文学研究所);Indian Institute of Technology Indore(印度理工学院印多尔分校)
本研究通过高效建模方法,利用半数值模型和观测数据,探讨了晚期再电离时期Lyman-α不透明度波动的参数约束与物理特性。
2025-10-28 astro-ph.CO
The large-scale 21-cm power spectrum from reionization
无线电干涉仪,如低频阵列和未来的平方公里阵列,正试图测量球平均21厘米功率谱从时代的再电离。因此,了解在每个长度尺度上影响功率谱的主要物理过程对于解释任何未来的检测至关重要。我们研究的21厘米功率谱的分解和量化的演变,其组成条款的一组数值和半数值模拟的体积$(714~\mathrm{Mpc})^3$,专注于大尺度与$k\lesssim 0.3$ ~Mpc $^{-1}$。我们发现,在宇宙的$\sim 10$ %被电离后,21厘米的功率谱遵循中性氢涨落的功率谱,而中性氢涨落本身超过一定的尺度后遵循物质的功率谱。因此,信号有两个制度的形式,其中大规模的信号是一个偏置版本的宇宙密度场,和小规模的功率谱是由天体物理学的再电离。我们构造了一个偏置参数来研究大尺度21厘米信号与宇宙学密度场之间的关系。我们发现,尺度无关和尺度相关的偏置制度之间的过渡尺度是直接相关的电离光子的平均自由程($λ_{\mathrm{MFP}}$)的值,其特征在于由经验公式$k_{\mathrm{trans}} \approx 2/λ_{\mathrm{MFP}}$。此外,我们表明,平均自由程效应的数值实现有显着的影响,这种过渡的形状。最值得注意的是,如果平均自由程效应被实现为吸收过程而不是势垒,则过渡更加渐进。
2022-05-05 astro-ph.CO
The 21-cm signal during the end stages of reionization
本研究通过符合高红移观测的数值模拟,揭示再电离末期宇宙中性占比低于0.01%时再电离模式反转、21厘米信号探测主体转变,且存在可留下观测特征的大型中性岛。
2024-08-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
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
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
Gauging the Contribution of X-ray Sources to Reionization Through the Kinetic Sunyaev-Zel'dovich Effect
南极望远镜(SPT)和阿塔卡玛宇宙学望远镜(ACT)等仪器对动力学Sunyaev-Zel'dovich(kSZ)效应的测量将很快改善对再电离的限制。流行的模型假设,紫外光子单独负责星系际介质的再电离。我们探讨了一个显着的贡献,X射线再电离的kSZ信号的影响。由于X射线在中性星系际介质中有很大的平均自由程,它们会在紫外光子产生的尖锐气泡之间引入部分电离。这种平滑的电离分量改变了宇宙微波背景(CMB)温度各向异性的功率谱。我们通过运行再电离的半数值模拟来量化这种影响。我们测试了一些不同的模型的再电离没有X射线,具有不同的物理参数,但被约束为具有类似的总光学深度的电子散射。然后将这些模型与X射线再电离贡献水平不同的模型进行比较。我们发现,模型与超过10%的贡献,从X射线产生一个显着较低的功率谱的温度各向异性比所有的UV-仅模型测试。SPT和ACT的预期灵敏度可能不足以区分我们的模型,然而,从再电离的时代的kSZ信号的非检测可能导致从X射线的贡献。对于今后的飞行任务来说,考虑X射线源对再电离的影响将是重要的,因为它具有更高的灵敏度。
2011-10-10 astro-ph.CO
Cosmic Reionization On Computers: Numerical and Physical Convergence
在本文中,我表明,在计算机上的宇宙再电离(CROC)项目下进行的再电离模拟收敛在空间和质量,虽然相当缓慢。一个完全收敛的解(对于给定的恒星形成和反馈模型)可以在大约20%的精度水平下确定,但是这样的解在实践中是无用的,因为在生产级模拟中实现它需要在各种质量和空间分辨率下运行大量的计算资源,并且这样的任务还没有现成的计算资源。为了在此期间取得进展,我在恒星形成配方中引入了弱收敛校正因子,它允许人们用有限分辨率模拟来近似完全收敛的解。弱收敛模拟的准确性接近一个可比的,~20%的精度水平的恒星形成历史的个人星系晕和其他星系的性质,直接关系到恒星形成率,如恒星质量和金属丰度。然而,模型星系的其他属性,例如,他们的HI质量,恢复在弱收敛运行仅在两个因素。
2016-03-01 astro-ph.CO astro-ph.GA
Evidence of patchy hydrogen reionization from an extreme Ly$α$ trough below redshift six
我们报告了一个极长($\sim$ 110 Mpc/ $h$)和黑暗($τ_{\rm eff} \gtrsim 7$)Ly $α$槽的发现,该槽向下延伸到$z \simeq 5.5$,朝向$z_{\rm em} \simeq 6.0$类星体ULAS J 0148 +0600。我们使用这些新的数据相结合的42个类星体在$4.5 \le z_{\rm em} \le 6.4$的LY $α$森林测量进行更新的线的视线方差分析星系际LY $α$不透明度超过$4 \le z \le 6$。我们发现,在$z \sim 6$附近的视线之间的传输的散射显着超过理论预期的均匀的紫外线背景(UVB)或简单的波动UVB模型中,电离光子的平均自由程是空间不变的。数据,特别是接近$z \simeq 5.6$-5.8的数据,反而需要体积加权氢中性分数的波动,该波动是单独密度变化所预期的3倍或更多。我们认为,这些波动最有可能是由大规模的平均自由程的变化,不均匀的氢再电离的最后阶段的预期一致。然而,即使通过$z \simeq 5.6$,大部分数据与均匀的UVB一致,通过$z \sim 5$,数据与仅由密度场引起的不透明度波动完全一致。这表明,虽然再电离可能在$z \sim 6$进行,但在$z \sim 5$时已完全完成。
2015-01-16 astro-ph.CO
Dark-ages Reionization and Galaxy Formation Simulation - XIV. Gas accretion, cooling and star formation in dwarf galaxies at high redshift
利用一套高分辨率的宇宙学流体动力学模拟和半解析模型(SAM)研究了高红移($z\ge5$)下矮星系形成。我们专注于气体吸积,冷却和恒星形成在这项工作中隔离相关过程的再电离和超新星反馈,这将在配套文件中进一步讨论。我们应用SAM晕合并树构建从无碰撞N体模拟共享相同的初始条件的流体动力学套件,并校准自由参数对恒星质量函数预测的流体动力学模拟在z = 5。通过比较两种模拟技术计算的恒星形成历史和气体成分,发现在早期流体动力学模拟中,低红移星系形成文献中普遍采用的半解析公式不能准确反映矮星系的性质.我们提出了3个修改SAM,将提供更准确的高红移模拟。其中包括:1)晕质量和重子分数被无碰撞N体模拟高估; 2)恒星形成效率遵循与流体动力学模拟不同的宇宙演化路径; 3)冷却速率在高红移矮星系中没有很好的定义。通过详细的流体动力学模型,对矮星系形成进行精确的半分析模型,将有助于对再电离研究所需的大量数据进行可靠的半分析预测。
2018-08-06 astro-ph.CO astro-ph.GA
Dark-ages Reionization and Galaxy Formation Simulation - X. The small contribution of quasars to reionization
受最近对高红移暗活动星系核数密度测量的启发,我们在更新的Meraxes半解析模型中通过跟踪中心超大质量黑洞的生长来研究类星体对再电离的贡献.该模型对观测到的恒星质量函数在$z\sim0.6-7$,黑洞质量函数在$z\lesssim0.5$,全球电离发射率在$z\sim2-5$和汤姆逊散射光学深度进行校准。该模型再现了Magorrian关系与观测在$z<0.5$和预测减少黑洞质量对较高的红移在固定的总恒星质量。类星体辐射的张角为80度,对应于由于尘埃遮蔽而导致的${\sim}23.4$ %的可观测分数,该模型能够再现在$z\sim0.6-6$处观测到的类星体光度函数。来自暗活动星系核的恒星光在紫外光通量中占很大比例。在高红移时,该模型与亮端类星体光度函数一致,并表明Giallongo等人(2015)最近编制的微弱$z\sim4$ AGN样本包括很大一部分恒星光。直接应用这个光度函数来计算活动星系核的电离辐射率,结果高估了类星体在$z\sim6$上产生的电离光子数3倍。我们的结论是,类星体是不可能作出重大贡献的再电离。
2017-09-26 astro-ph.CO astro-ph.GA
The distribution of Lyman-limit absorption systems during and after reionization
莱曼极限吸收系统在宇宙学再电离过程中和再电离之后可以发挥许多重要作用。不幸的是,由于所需的动态范围过大,不可能自洽地将这些系统包括在宇宙学模拟中。使用快速和多功能的半数值模拟,我们系统地探索吸收系统的空间分布期间和之后的再电离。我们自我校准的平均自由程(MFP)的电离紫外线背景(UVB)的吸收剂的数量,并在一个给定的MFP和中性氢分数目前的结果。我们使用一个简单的光学深度准则来确定吸收体的位置。我们的方法是相当强大的不确定性,如丢失的子网格结构。与在较低的红移,其中的UVB是相对均匀的,在较高的红移中的UVB和HII形态的再电离的波动可以驱动的大规模分布的吸收系统。具体来说,我们发现,吸收剂是高度相关的密度场在小尺度上,然后成为反相关的UVB在大尺度上。再电离后,吸收剂的大尺度功率谱跟踪UVB功率谱,这可以预测与一个简单的分析扩展的晕模型。在再电离过程中,吸收体倾向于优先位于最近电离的星系际介质(IGM)的超密度(即细丝)内。在再电离期间和之后,吸收体也可以主导小尺度(k > 1/Mpc)21-cm功率。相反,它们在中等尺度上平滑对比度。一旦HII区域增长到超过mfp,吸收器增加到大规模的21厘米功率。我们的研究结果应被证明是有用的,在解释未来的观测再电离时代。
2010-07-30 astro-ph.CO
PINION: Physics-informed neural network for accelerating radiative transfer simulations for cosmic reionization
随着平方公里阵列天文台(SKAO)的出现,科学家将能够通过绘制不同红移的中性氢分布来直接观察再电离时代。虽然物理动机的结果可以用辐射转移代码来模拟,但是这些模拟在计算上是昂贵的,并且不能容易地同时产生所需的尺度和分辨率。在这里,我们介绍了物理信息神经网络再电离(PINION),它可以准确,快速地预测完整的4-D氢分数演变从平滑的气体和质量密度场从预先计算的N体模拟。我们在C $^2$ -Ray模拟输出上训练PINION,并对再电离化学方程施加物理约束。PINION只需要5个红移快照和一个传播掩模作为电离光子平均自由程的简单近似,就可以准确地预测$z=6$和$12$之间的整个再电离历史。我们通过分析无量纲功率谱和形态统计估计对C $^2$ -射线的结果来评估我们的预测的准确性。我们表明,虽然网络的预测是在良好的协议与模拟红移$z>7$,网络的准确性受到$z<7$主要是由于过度简化的传播掩码。我们激励如何PINION性能可以大大提高,并有可能推广到大规模的模拟。
2023-03-09 astro-ph.CO
Direct reconstruction of the Reionization history from 21cm 2D Power Spectra
提出EoRFlow,一种基于模拟推断的框架,直接从21cm二维功率谱重建再电离历史,在SKA-Low模拟数据上验证,实现快速无偏的全球中性氢分数演化估计。
2025-10-08 astro-ph.CO physics.data-an
Line Intensity Mapping Prediction from the Cosmic Dawn (CoDa) III Simulation for H$α$ from Galaxies and the Intergalactic Medium during the Epoch of Reionization
利用CoDa III模拟预测再电离时期星系和IGM的H$α$发射强度与来源,提供LIM实验(如SPHEREx和CDIM)的模拟数据以指导观测。
2025-04-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
Do We Know How to Model Reionization?
本文比较CROC与Thesan两套再电离模拟的辐射场功率谱,发现大尺度聚类演化相似但时间不同且无法用平均中性分数等简单物理量参数化,小尺度差异部分未解,并通过受控测试表明Eddington张量闭合关系选择并非主导差异来源。
2025-07-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
Helium reionization in the presence of self-annihilating clumpy dark matter
氦的再电离描述了在星系际介质(IGM)中氦从单电离态到双电离态的跃迁。该过程对于IGM的热演化是重要的,并且影响具有高于$54.4$ ~eV的能量的光子的平均自由程。虽然这是众所周知的,氦再电离主要是由在$z<6$的高能类星体的贡献驱动,我们在这里研究如何氦再电离进行,如果有一个额外的贡献,由于湮灭的暗物质。我们探讨了不同的暗物质配置文件的暗物质聚集因子,这可以显着提高湮灭率在后期的影响。我们发现,暗物质湮灭的存在下,提高了氦$^{++}$丰度在早期阶段,它将是零内的标准模型,它可以进一步增加在结构形成过程中,反映了增加的暗物质聚集因子。然而,后者随着类星体贡献的积累而退化,因此我们预计在后期不会发生重大变化。我们希望,未来的研究,他$^+$莱曼$α$森林可能有助于评估是否演变是一致的贡献,从类星体单独,或者如果一个额外的组件可能需要。
2015-06-18 astro-ph.CO
Dark-ages Reionization and Galaxy Formation Simulation XX. The Ly$α$ IGM transmission properties and environment of bright galaxies during the Epoch of Reionization
高度中性的星系间介质(IGM)在再电离时期(EoR),预计将抑制Ly $α$发射与阻尼翼吸收,导致几乎没有Ly $α$检测到恒星形成星系在$z{\sim}8$。然而,在这些红移下,对4个最亮星系(${\rm H}_{160}{\sim}25$等)的光谱观测确实显示出突出的Ly $α$线,表明局部电离的IGM。本文利用Meraxes半解析模型研究了EoR期间亮星系的Ly $α$ IGM透射和环境。我们发现较亮的星系受阻尼翼吸收的影响较小,因为它们能有效地电离周围的中性氢。具体而言,最亮的源(${\rm H}_{160}{\lesssim}25.5$ mag)位于我们的模拟中最大的电离区域,并且具有来自IGM(光学深度${<}1$)的低Ly $α$衰减。较暗的星系(25.5等${<}{\rm H}_{160}{<}27.5$等)的透射率取决于紫外线光度,导致在较暗的星等下Ly $α$检测的发生率较低。这种光度相关的衰减解释了为什么Ly $α$只在$z{\sim}8$最亮的星系中被观测到。后续观察显示,在这些确认的$z{\sim}8$ Ly $α$发射体附近存在对应物。我们模拟的类似物的环境与这些观测结果在附近星系的数量上一致,这是一个很好的指标,表明Ly $α$是否可以在较暗的星系中被检测到。在目前的观测极限下,在$2'{\times}2'$内有${\ge}2$-5个邻居的星系显示出L…
2021-08-08 astro-ph.CO astro-ph.GA
Reionization and high-redshift galaxies: the view from quasar absorption lines
确定第一个星系何时以及如何再电离星系际介质(IGM)有望揭示第一个物体的性质和重子的宇宙历史。为了实现这一目标,类星体吸收线通过探测星系和星系际尺度上扩散气体的性质发挥了独特的作用。在这篇综述中,我们研究了多种方式,其中吸收线跟踪星系和IGM附近的再电离时代之间的连接。我们首先描述了如何使用Ly $α$森林来确定电离紫外线背景的强度和全球电离发射率预算。至关重要的是,这些测量反映了所有星系逃逸的电离辐射,包括那些太微弱而无法直接检测的星系。然后,我们讨论从金属吸收线到再电离时代星系及其周围环境的见解。目前的观测表明,在环星系环境中的金属积累超过$z \sim 6$至5,虽然电离的变化也会影响金属线属性的演变。在这些红移的金属吸收体中,有相当一部分可能追踪到相对低质量的星系。最后,我们审查约束从Ly $α$森林和类星体附近区域的时间再电离。与其他高红移宇宙的探测器一样,吸收线数据与相对较晚的再电离结束($5.5 \lesssim z \lesssim 7$)相一致;然而约束仍然相当弱。通过改进分析技术,增加光学和红外巡天中已知的高红移类星体的数量,下一代观测设施的灵敏度大幅提高,以及与再电离时代其他探测器的协同作用,预计将取得重大进展。
2015-10-13 astro-ph.CO astro-ph.GA
A joint measurement of galaxy luminosity functions and large-scale field densities during the Epoch of Reionization
当代望远镜最令人兴奋的进步之一是在再电离时期探测星系,使用深场将这些仪器推向极限。我们必须优化对这些领域的分析,以便从中提取尽可能多的信息。特别是,测量星系光度函数的标准方法丢弃了关于大尺度暗物质密度波动的信息,尽管这种大尺度结构在宇宙黎明期间驱动了星系形成和再电离。测量这些密度将提供一个可观测的基础,将星系调查与再电离过程和结构形成的理论模型联系起来。在这里,我们使用现有的哈勃深场数据,同时适合的通用光度函数和测量大尺度密度为每个哈勃深场在$z =$ 6- 8直接将先验的大尺度密度场和星系的偏见。我们的通用光度函数的拟合与以前的方法是一致的,但在细节上有所不同。这是第一次,我们测量的调查领域,包括最高/最低密度的哈勃领域的基本密度。我们表明,密度的分布是一致的,目前的宇宙方差的预测。对17个场的分析是詹姆斯韦伯太空望远镜可能实现的一个小样本,它将在可比(或更好)的深度和更高的红移下测量数百个场。
2022-08-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
TORRCH: Tomographic reconstruction of the reionization of cosmic hydrogen with Ly$α$ emitters and non-Ly$α$-selected galaxies
Tata Institute of Fundamental Research(塔塔基础研究所);IIT Kanpur(坎普尔印度理工学院);KU Leuven(荷语鲁汶大学);Istituto Nazionale di Astrofisica -Osservatorio Astronomico di Trieste(意大利国家天体物理研究所-的里雅斯特天文台);SISSA International School for Advanced Studies(国际高等研究院);INFN - Sezione di Trieste(意大利国家核物理研究所-的里雅斯特分部);IFPU, Institute for Fundamental Physics of the Universe(宇宙基础物理研究所);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);Kavli Institute for Cosmology and Institute of Astronomy(卡弗里宇宙学研究所和天文学研究所);University of Nottingham(诺丁汉大学);Institute for Astronomy, University of Edinburgh(爱丁堡大学天文学研究所)
TORRCH通过深度学习框架利用Lyα发射体和非Lyα选择星系的空间分布,重建再电离期间的中性氢分数场,提供高保真度的电离拓扑结构分析。
2026-01-22 astro-ph.CO astro-ph.GA
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
Galaxy Protoclusters as Drivers of Cosmic Reionization: I. Bubble Overlap at Redshift z ~ 7 in LAGER-z7OD1
研究通过JWST观测红移z ~ 7原团LAGER-z7OD1中的LAEs,揭示电离气泡重叠现象,表明再电离过程加速。
2025-11-20 astro-ph.CO astro-ph.GA
SARAS: a precision system for measurement of the Cosmic Radio Background and signatures from the Epoch of Reionization
SARAS是一个相关光谱仪,用于精确测量宇宙射电背景和天空光谱中长波长的微弱特征,这些特征是由再电离时期气体红移21厘米产生的。SARAS在87.5-175 MHz的倍频程频带内工作。我们在这里提出的系统设计论证了一个复杂的相关光谱仪的概念。SARAS设计概念提供了天线温度和内部基准端接温度之间的差分测量,切换系统状态下的测量允许消除来自大部分信号流路径(包括数字光谱仪)的附加污染物。开关噪声注入方案提供绝对频谱校准。此外,我们认为一个电小的频率无关的天线吸收地面。各种关键的设计功能,帮助避免系统学和提供校准产品的参数化的其他不可避免的系统描述和讨论的理由。分析了信号流和处理过程,并计算了天线、参考端和放大器对噪声温度的响应。分析中考虑了由内反射引起的多径传播,其中包括一系列谐波内反射。我们认为,SARAS的设计理念是有利于精确测量的绝对宇宙射电背景谱,因此,这里提出的设计特点和分析方法,预计将作为一个基础,为测量的背景天空中的多种功能,在长波长,这可能会出现在黑暗时代和随后的再电离时代的事件量身定制的实现。
2013-04-10 astro-ph.CO astro-ph.IM
The Distribution of Bubble Sizes During Reionization
再电离过程中的一个关键物理量是HII区的大小。以前的研究发现了一个特征气泡的大小,在再电离过程中迅速增加,模拟和分析偏移集理论之间的明显协议。使用四种不同的方法,我们批判性地审查这一主张。特别是,我们介绍了分水岭算法的使用-广泛用于空星系调查中的发现-我们证明这是一个无偏的方法,最低的色散和最佳性能的蒙特卡罗实现一个已知的气泡大小的PDF。我们发现,一个朋友的朋友算法宣布大部分的电离体积被占用的体积填充区域连接狭窄的隧道网络。对于调整到检测体积填充区域的方法,以前的模拟和理论之间的明显一致性是虚假的,并且由于未能正确考虑测量方案的窗口函数。这种差异从目视检查中已经很明显。相反,模拟中的HII区域比分析预测大得多(体积为10-1000倍)。PDF的大小比预测的更窄,并且随着时间的推移而演变得更慢。随着再电离的进行,它的峰值变得更加尖锐。这些影响可能是由泡沫合并引起的,分析理论对泡沫合并的模拟不足。我们的研究结果具有重要的后果高红移21厘米的观测,电离光子的平均自由程,和Ly-alpha发射器的可见性,并指出一个根本性的失败,在我们的理解的特征尺度的再电离过程。
2016-10-06 astro-ph.CO
Emulation of reionization simulations for Bayesian inference of astrophysics parameters using neural networks
下一代无线电实验,如LOFAR,HERA和SKA,预计将探测再电离时代,并在未来十年内首次直接探测到宇宙21厘米信号。数据量将是巨大的,因此可能会彻底改变我们对早期宇宙和星系形成的理解。然而,再电离时期的数值建模对于贝叶斯参数推断来说可能过于昂贵,并且如何从传入数据中最佳地提取信息目前尚不清楚。用于快速模型评估的仿真技术最近被提出作为绕过昂贵的仿真的一种方式。我们认为使用人工神经网络作为一种盲目的仿真技术。我们研究了训练持续时间和训练集大小对网络预测质量的影响以及参数搜索的最佳拟合值。我们的仿真技术和使用21 CMMC的等效分析之间的直接比较。我们发现我们的网络使用训练集低至100个模型评估,这是在完全数值辐射转移代码的能力良好的预测能力。
2018-01-02 astro-ph.CO
Dark-ages reionization and galaxy formation simulation -- XXI. Constraining the evolution of the ionizing escape fraction
本研究利用Meraxes半解析模型与贝叶斯方法,联合高红移星系观测及再电离历史约束,得出电离光子逃逸率随晕和恒星质量转变,并确认低质量星系主导再电离。
2023-12-07 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Effects of Lyman-Limit Systems on the Evolution and Observability of the Epoch of Reionization
我们提出了第一个大规模的,完整的辐射转移模拟的星系际介质中的莱曼极限系统(LLS)的存在下的再电离。为了说明LLS不透明度的影响(可能被之前的模拟遗漏),我们添加了均匀或空间变化的无氢束缚不透明度。这种不透明度,作为电离光子的平均自由程(mfp),将观察到的再电离后红移依赖性外推到再电离的时期。在定性协议与以前的研究中,我们发现,在晚些时候的LLS的存在减慢电离前沿,并改变了H II区域的大小分布。我们定量表征的大小分布和形态演变的H II地区和研究的LLS的红移21厘米信号的补丁再电离的影响。LLS的存在使电离历史延长了$Δz \sim 0.8$。LLS吸收体显著阻碍H II区的后期生长。位置相关的LLS分布进一步减慢再电离,并且另外限制了电离区域的后期生长。然而,不存在H II区域的“冻结”,并且最大区域增长到模拟体积的大小。21厘米的功率谱表明,在大尺度上的功率下降了2倍的50%和75%的电离阶段(在$k = 0.1$ $\text{h} \, \text{Mpc}^{-1} $),反映了限制作用的LLS的增长电离补丁。统计观测量,如RMS的亮度温度波动和21厘米的功率谱在大尺度($k = 0.05 - 0.1$ $\text{h} \, \text{Mpc}^{-1} $)的峰值幅度减少的LLS的存在。
2016-02-02 astro-ph.CO
The Inhomogeneous Ionizing Background Following Reionization
本文研究了再电离后(z ~ 5- 6)时期氢电离本底的空间涨落。光子平均自由程(m. f. p.)随红移而迅速减小,再加上越来越稀有的电离源的聚集,可能导致在这一时期内非常不均匀的电离背景。我们系统地研究了电离通量的概率密度函数(PDF)和功率谱,通过改变一些参数,如m. f. p.,能够容纳恒星的最小晕质量和晕占空比。为了通用,我们利用分析,半数值和数值方法。我们的模型表明,电离背景确实有相当大的波动,在这一时期来源的聚类源,与PDF是一个因素的几个宽的极大似然的一半。的分布也显示出显着的不对称性,与高值的尾巴设置的小尺度上的聚类,和较短的低值的尾巴,这是设置的平均自由path. The电离背景的功率谱是更敏感的源属性比PDF和可以很好地理解分析与类似的框架晕模型(通常用于描述暗物质聚类)。然而,我们发现,Lya森林光谱是非常不敏感的UVB的细节,尽管我们的各种电离背景的PDF和功率谱显着的差异。假设一个统一的电离背景只会低估从Lya森林推断的平均电离率的值几个百分点。相反,Lya森林的分析主要是由密度场的不确定性。因此,我们的研究结果证明了一个统一的电离背景Lya森林分析,即使在这个时代的共同假设。
2009-06-17 astro-ph.CO
Asking Fast Radio Bursts for More than Reionization History
本文提出利用快速射电暴色散量的方差探测再电离历史,发现方差编码了电离气泡大小与再电离持续时间信息,并通过模拟验证了其有效性。
2025-10-16 astro-ph.CO astro-ph.HE
Probing patchy reionization through tau-21cm correlation statistics
我们考虑了在再电离阶段自由电子和中性氢之间的互相关。自由电子通过光学深度追踪到再电离τ,而中性氢可以通过21 cm光子发射观察到。正如预期的那样,这种相关性对再电离的详细物理过程很敏感。最重要的是,如果再电离发生通过合并相对较大的晕托管电离源,自由电子和中性氢是反相关的大部分再电离的历史。当能够形成电离源的晕很小时,对相关性的正贡献可能发生。互相关中的这种符号变化的测量将直接测量气泡偏差,并且因此测量晕质量。我们使用由Dvorkin和Smith(2009)提出的非均匀再电离tau_{lm}的估计器来估计互相关的信噪比。我们发现,与即将到来的无线电干涉仪和CMB实验,互相关是可测量的多极l ~ 1000。我们还推导出参数约束,并得出结论,尽管前景,互相关证明了互补测量的EoR参数的21厘米和CMB偏振自相关预计将在未来十年内观察到。
2013-10-16 astro-ph.CO
Helium Reionization Simulations. II. Signatures of Quasar Activity on the IGM
我们已经运行了一套新的模拟,解决流体力学和辐射转移同时研究氦II再电离。我们的一套模拟采用了各种模型的人口类星体内的暗物质晕,这影响了他II再电离的历史。特别是,我们能够探索的影响,在时间和持续时间的差异,再电离观测。我们研究了再电离在IGM上留下的热特征,并测量了温度-密度关系。正如以前的研究表明,我们确认,从氦II再电离的光热反馈提高了几千开尔文的IGM的温度。为了与观测结果进行比较,我们在飞行中生成合成的Ly $α$森林视线,并将观测到的氢的有效光学深度$τ_{\mathrm{eff}}(z)$与最近的观测结果相匹配。我们表明,当模拟已被归一化为具有相同的值的$τ_\mathrm{eff}$,氦II再电离的氢LY $α$森林观测的影响是最小的。具体而言,通量PDF和一维功率谱是敏感的IGM的热状态,但没有直接证据的电离状态的氦。我们表明,IGM的峰值温度通常对应于90%-95%的氦电离体积的时间,是一个相对稳健的指标的时间再电离。因此,未来对氢Ly $α$森林中氦再电离的观测应侧重于测量IGM的温度,特别是在平均密度下。检测IGM温度的峰值将提供有关氦II再电离结束的时间的有价值的信息。
2017-10-09 astro-ph.CO
The impact of non-Gaussianity on the Epoch of Reionization parameter forecast using 21-cm power spectrum measurements
再电离时期(EoR)21厘米信号的测量保持了约束再电离模型的潜力。本文考虑了一个具有三个天体物理参数的再电离模型:(1)能容纳电离源的最小晕质量$M_{\rm min}$,(2)晕内每个重子逃逸到IGM的电离光子数$N_{\rm ion}$,(3)IGM内电离光子的平均自由程$R_{\rm mfp}$。我们预测的准确性,这些参数可以从未来的观测21厘米功率谱(PS)使用即将到来的SKA-Low。不像几个早期的作品,我们占的非高斯性的固有EoR 21厘米信号。仅考虑宇宙方差,并假设前景被完全删除,我们发现,非高斯性增加了$1 σ$误差椭球的体积的参数的$133$的一个因素,相对于高斯预测,方向也是不同的。当排除前景楔形内的所有$\mathbf{k}$模式时,对于$1024$和$10000$小时的观测时间,误差椭球体的体积比分别为$1.65$和$2.67$。在排除前景楔形的情况下,对于$1024$小时,1D边缘化误差为$(ΔM_{\rm min}/M_{\rm min},ΔN_{\rm ion}/N_{\rm ion},ΔR_{\rm mfp}/R_{\rm mfp})=(6.54, 2.71, 7.75) \times 10^{-2}$,其分别为大于相应高斯预测的$2 \%$、$5 \%$和$23 \%$。非高斯性的影响随着观测时间的延长而增加,这对$R_{\rm mfp}$尤其重要…
2020-08-14 astro-ph.CO