Spectroscopic detection of CIV in a galaxy at z=7.045: Implications for the ionizing spectra of reionization-era galaxies
本文介绍了Keck/MOSFIRE对Abell 1703星系团后面4个明亮的z~6-8引力透镜星系中紫外金属线的观测结果。A1703-zd 6是一个高度放大的恒星形成星系,莱曼-α红移z=7.045,它的光谱显示了对星云CIV发射线的可靠探测(FWHM < 125 km/s)。在其他三个星系中没有检测到紫外线金属线。在z~2-3处,只有1%的紫外选择星系观测到星云CIV辐射。在本文所研究的小样本星系中,有一个星系出现了强的CIV辐射,这可能表明z~7处的硬电离谱更为普遍。总的估计等效宽度的CIV的双重(38 A)和CIV/莱曼α流量比(0.3)的测量窄线活动星系核。光电离模型表明,星云的CIV线也可以复制一个年轻的恒星星族,与非常热的金属贫恒星占主导地位的光子通量负责三重电离碳。无论CIV的起源如何,我们发现A1703-zd 6的电离光谱在z~2处不同于典型星系,在1500 A单位光度下产生更多的H电离光子,在30-50 eV处产生更大的通量密度。如果这种极端的辐射场在z>7的紫外选择系统中是典型的,这将表明再电离时代的星系是比以前认为的更有效的电离剂。或者,我们认为,在z>7的莱曼α发射体的小样本可能跟踪一个罕见的人口与强辐射场能够电离周围的氢分布。在有和没有莱曼α探测的星系中,对高电离发射线的额外限制将有助于澄清硬电离光谱在再电离时代是否普遍。
2015-04-26 astro-ph.GA
A Local Clue to the Reionization of the Universe
确定负责宇宙再电离的星系群是天文学的一个长期探索。我们提出了一个可能的本地模拟,具有逃逸分数的电离通量的21%。我们的探测证实了包围星爆区域的中性气体中存在间隙。候选者包含一个巨大但高度紧凑的恒星形成区。这些间隙很可能是由这个极端物体产生的异常强风和强烈的电离辐射造成的。我们的研究也验证了利用饱和低电离星际吸收线中的剩余通量来识别这种泄漏星系的间接技术。由于在再电离时期直接探测电离通量是不可能的,这是一个非常有价值的技术,为未来的研究。
2014-10-13 astro-ph.GA
Small-scale Intensity Mapping: Extended Halos as a Probe of the Ionizing Escape Fraction and Faint Galaxy Populations during Reionization
我们提出了一种新的方法来量化的电离光子逃逸分数的值,并在宇宙再电离的时代,超微弱的星系聚集在明亮的物体周围的存在,使用弥漫的Ly $α$,连续和H $α$发射观测星系周围的$z\sim6$。我们通过扩展Mas-Ribas & Dijkstra(2016)和Mas-Ribas et al.(2017)中开发的形式主义,考虑到从中央星系逃逸的电离光子提供的荧光发射以及卫星恒星形成源的星云发射,对漫射晕的表面亮度分布进行了建模。我们预测的配置文件和LY $α$观测$z=5.7$和$z=6.6$之间的比较有利于低电离逃逸分数,$f_{\rm esc}^{\rm ion}\sim5\%$,星系的范围$-19\gtrsim M_{\rm UV} \gtrsim -21.5$。然而,由于观察中的不确定性和可能的系统性,无法得出确切的结论。我们预测H $α$和休息帧可见连续观测与JWST,并表明,JWST将能够检测扩展(几十千秒差距)荧光H $α$发射供电的电离光子逃逸从一个明亮的,$L\gtrsim 5L^*$,星系。这种观测可以区分荧光发射和卫星源的星云发射。我们讨论了如何观测和堆叠的几个对象可能会提供独特的约束逃逸分数微弱的星系和/或丰富的超微弱辐射源。
2017-07-24 astro-ph.GA
Powering reionization: assessing the galaxy ionizing photon budget at $z < 10$
我们提出了一个新的分析电离发射率($\dot{N}_{\rm{ion}}$,s $^{-1}$ Mpc $^{-3}$)的星系在再电离的时代和他们的潜力完成和维持再电离。我们使用广泛的SED模型-结合两个合理的机制莱曼连续光子逃逸-探索电离效率的范围和演变与星系颜色的新结果($β$)在这个时代。我们估计$\dot{N}_{\rm{ion}}$的光度和恒星形成率密度在$z<10$的最新观测,概述了与我们的新模型一致的发射率历史的范围。鉴于越来越多的观测证据的紫外线的颜色,在高红移星系的星等关系,我们发现,任何合理的星系性质的演变,红色(较亮)的星系产生电离光子的效率较低比他们的蓝色(较暗)的同行。在$β$中红移和光度演化的假设导致了两个重要的结论。首先,星系的电离效率自然地随红移而增加。其次,对于一个光度依赖的电离效率,我们发现,星系下降到一个单独的$M_{\rm{UV}} \approx -15$静止帧的幅度可以产生足够数量的电离光子,以维持再电离早$z\sim8$的聚集因子为$C_{\rm{H {\small II}}} \leq 3$。
2015-05-07 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
Breaking Through the Cosmic Fog: JWST/NIRSpec Constraints on Ionizing Photon Escape in Reionization-Era Galaxies
University of Geneva(日内瓦大学);Niels Bohr Institute, University of Copenhagen(哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所);Cosmic Dawn Center (DAWN)(宇宙黎明中心(DAWN));Max Planck Institut für Astrophysik(马克斯·普朗克天体物理研究所);Max-Planck-Institut für Astronomie(马克斯·普朗克天文学研究所);The University of Texas at Austin(德克萨斯大学奥斯汀分校)
通过JWST/NIRSpec深空谱分析,研究再电离时期星系离子化光子逃逸分数,发现约10%的平均逃逸率,为理解宇宙再电离提供关键约束。
2025-07-01 astro-ph.GA
Escape fraction of ionizing photons during reionization: effects due to supernova feedback and runaway OB stars
从星系逃逸到星系际介质中的氢电离光子的比例是再电离理论中的一个关键组成部分。我们使用两个放大的,高分辨率(4 pc),宇宙学辐射流体动力学模拟与自适应网格细化研究两种物理机制(超新星反馈和失控OB星)的逃逸分数(f_esc)在再电离时期(z>7)的影响。我们实现了一个新的,物理动机的超新星反馈模型,可以近似Sedov解决方案在所有阶段(从自由膨胀到扫雪机)。我们发现,有一个显着的时间延迟约1000万年之间的恒星形成的峰值和逃逸分数,由于时间的积累和随后的恒星形成云的超新星反馈破坏。因此,在质量为10^8-10^10.5兆太阳的晕中,矮星系的光子数加权平均逃逸分数约为<fesc>11%,尽管当恒星形成受到超新星爆炸强烈调制时,f_esc>20%的瞬时值是常见的。我们发现,包含失控OB星增加了22%至14%的平均逃逸分数<fesc>。由于逃逸OB星产生的超新星往往发生在密度较低的环境中,与没有逃逸OB星的模型相比,在Mvir>10^9 Msun的晕中,反馈效应得到增强,恒星形成被进一步抑制。虽然我们的两个模型都产生了足够的电离光子,以维持一个完全电离的宇宙在z>7的观察,更高数量的电离光子在z>9似乎有必要容纳高观测电子光学深度推断从宇宙微波背景观测。
2014-05-03 astro-ph.GA
Determining the escape fraction of ionizing photons during reionization with the GRB derived star-formation rate
在分析星系再电离时代和早期星系形成的过程中,逃逸出宿主星系并因此能够吸收星系间介质(IGM)中氢的电离光子的比例是一个关键参数。再电离历史的研究通常会受到高红移星系将质量转化为恒星的效率和电离光子逃逸分数之间的未知值的简并。最近的伽马射线暴(GRB)测量的恒星形成率密度在再电离提供了第一个机会,打破这种简并。我们面对一个半解析模型与GRB衍生的恒星形成率,以及观测的Ly-alpha森林和CMB的再电离。假设在恒星形成星系中产生的紫外光子主导再电离过程,我们证明了对于我们的基准模型,来自高红移星系的电离光子的逃逸分数为~5% [log(f_esc)=-1.35+/-0.15(68%)]。该值相对于建模中的不确定性是相当稳定的,包括辐射反馈的实施、演化逃逸分数的可能性以及IMF的未知形状,这些因素对逃逸分数值的额外系统不确定性的贡献总计约为0.2 dex。
2009-08-03 astro-ph.CO astro-ph.GA
Fully Coupled Simulation of Cosmic Reionization. III. Stochastic Early Reionization by the Smallest Galaxies
以前我们发现了一类新的早期星系,我们估计贡献了30%的电离光子负责再电离。这些是$M_h =10^{6.5}-10^{8} M_{\odot}$范围内的低质量晕,是由之前Pop III恒星形成的超新星喷出物化学富集的。尽管它们的恒星形成率很低,但这些金属冷却晕(MC)是电离辐射的重要来源,特别是在再电离开始时,由于它们的高数密度和电离逃逸分数。在这里,我们提出了一个完全耦合的辐射流体动力学模拟的再电离,包括这些MC以及更大质量的氢原子线冷却晕。我们的方法很新颖:我们在辐射流体动力学模拟的基础上进行了晕的寻找,并使用从银河系分辨文艺复兴模拟中测量的概率分布函数(PDF)将逃逸的电离通量分配给晕。PDF捕获了电离逃逸分数的质量依赖性以及晕正在积极形成恒星的概率。对于MC,再电离开始的时间要早于只包含$10^8 M_{\odot}$及以上的晕的情况,然而再电离完成时的红移只受到轻微的影响,因为这是由更大质量的星系驱动的。由于恒星的形成是间歇性的MC,再电离的最早阶段表现出随机性,与小H II区域形成和重组。只有到后来,一旦质量为$\sim 10^9 M_{\odot}$或更大的晕开始主导电离发射率,再电离才能以从以前的研究中推导出的通常方式顺利进行。在我们的模拟中,这发生在$z\approx 10$。
2018-09-22 astro-ph.CO astro-ph.GA
The duration of reionization constrains the ionizing sources
我们调查的性质的星系,再电离宇宙影响的持续时间。我们对比两组模型:一个在其中星系的光度函数的暗淡的一面占主导地位的电离发射率,和第二个在其中星系的光度函数的明亮的一面占主导地位。光度函数的暗端演化缓慢,因此第一组模型中从大部分中性状态到大部分电离状态的转变比第二组模型需要更长的时间。现有的观测对这一转变持续时间的限制相对较弱,但从表面上看,更倾向于亮面星系起主要作用的模型。从再电离时代开始,对宇宙微波背景中的动力学Sunyaev Zeldovich效应的测量也指向同一方向。
2018-03-27 astro-ph.CO astro-ph.GA
Intense CIV and HeII Emission in z~0 Galaxies: Probing High-Energy Ionizing Photons
在过去的几年里,突出的高电离星云发射线(即,OIII],CIII],CIV,HeII),表明极端辐射场是再电离时代系统的特征。理论上和观测上,这些谱线都与莱曼连续谱光子的泄漏有关。因此,高电离紫外线发射线是我们探测和表征未来几年我们将观测到的最遥远星系的最佳探针,也是了解再电离源的关键,但对其产生的物理机制知之甚少。在这里,我们提出了最近的高分辨率哈勃太空望远镜光谱附近的两个极端紫外线发射线星系,J104457和J141851。我们报告了第一次观测到强烈的星云HeII和双峰共振散射CIV发射,这一组合表明这些星系都产生并通过相对较低的高电离气体柱密度传输大量非常高能量的电离光子(E>47.89 eV)。这表明,除了H电离边缘的光子之外,从这些星系逃逸的非常硬的电离光子可能提供了目前观测上不受约束的第二电离源。同时辐射转移模型的LyA和CIV需要了解电离辐射是如何通过低和高电离气体传输。未来使用JWST或ELT的再电离时期内的星系的静止框架FUV观测将使我们能够限制氦电离光子的逃逸,并提供其对再电离预算的贡献的估计。
2019-05-30 astro-ph.GA
Central Concentration and Escape of Ionizing Photons in Galaxies at the Epoch of Reionization
本文对JADES天区189个红移约7的星系进行空间分辨分析,发现其中心区域具有致密爆发式恒星形成、高电离光子产生效率和逃逸分数,表明中心区域在驱动宇宙再电离中起关键作用。
2025-07-22 astro-ph.GA
A Hard Ionizing Spectrum in z=3-4 Ly-alpha Emitters with Intense [OIII] Emission: Analogs of Galaxies in the Reionization Era?
我们给出了15个红移z=3.1-3.7的Ly-alpha发射体(LAEs)和Lyman break星系(LBG)的诊断星云发射谱线[OIII] 5007、4959、[OII]3727和H-β的Keck/MOSFIRE光谱。结合其他调查的光谱,我们证实了早期的迹象表明,LAEs有一个更高的[OIII]/[OII]线比在类似的红移LBG。通过比较它们在[OIII]/[OII]与R23图上的分布,我们证明了这种差异不能仅仅因为它们的金属丰度较低而出现,而很可能是由于更硬的电离光谱。使用H-β和重组理论的措施,我们证明,对于我们的LAEs的一个子集,xi_ion -莱曼连续体光子数每紫外光度-确实是0.2-0.5德克斯大于典型的LBG在类似的红移。使用光电离模型,我们估计这将对[OIII]/[OII]和R23的影响,并得出结论,这样的硬光谱只能部分解释这种强烈的线发射。另一种可能性是,如此大的[OIII]/[OII]比率部分是由于密度而不是电离束缚的星云区域,这意味着电离光子的逃逸分数很高。我们讨论如何进一步的观察可以证实这种可能性。显然,具有强[OIII]发射的LAE代表了具有类似强线的z>7源的有希望的模拟,这些强线被认为是宇宙再电离的重要贡献者。
2016-09-22 astro-ph.GA
The THESAN project: ionizing escape fractions of reionization-era galaxies
再电离宇宙的一个基本要求是,星系发射的电离光子中有足够的一部分成功地逃逸到星系际介质中。然而,由于高红移观测数据的缺乏,驱动再电离的来源仍然不确定。在这项工作中,我们计算电离逃逸分数($f_{\rm esc}$)的再电离时代的星系从国家的最先进的THESAN模拟,它结合了一个准确的辐射流体动力学求解器AREPO-RT与久经考验的IllustrisTNG星系形成模型,以自洽地模拟小尺度的星系物理和大尺度的再电离在整个宇宙的大片($L_{\rm box} = 95.5\,\rm cMpc$)。这使得许多大质量晕($M_{\rm halo} \gtrsim 10^{10}\,{\rm M_{\odot}}$)的形成,这在以前的研究中往往是统计上代表性不足,但被认为是重要的,以实现快速再电离。我们发现,低质量星系($M_{\rm stars} \lesssim 10^7\,{\rm M_{\odot}}$)是$z \gtrsim 7$以上的再电离的主要驱动力,而高质量星系($M_{\rm stars} \gtrsim 10^8\,{\rm M_{\odot}}$)在较低的红移占主导地位的逃逸电离光子预算。晕逃逸分数的变化降低了更高质量的晕,这可以从更稳定的银河系结构,SFR稳定性,以及每个晕内的视线分数显着贡献逃逸通量来理解。我们表明,尘埃是能够减少逃逸分数的大质量星系,但对全球$f_{\…
2023-01-31 astro-ph.CO astro-ph.GA
Cosmic Reionization on Computers: The Evolution of Ionizing Background and Mean Free Path
本文利用CROC模拟研究宇宙再电离末期电离背景与平均自由程的演化,发现电离背景分布偏离对数正态且存在显著涨落,平均自由程的拐折与中性岛消失时刻一致,并揭示大质量晕附近致密结构导致平均自由程系统性偏低。
2024-04-30 astro-ph.CO astro-ph.GA
On the contribution of dwarf galaxies to reionization of the Universe
本研究利用星系形成模型估算不同红移下各光度星系对宇宙再电离的贡献,发现暗于James Webb Space Telescope探测极限的矮星系在再电离前贡献显著,可降低对莱曼连续谱光子逃逸率的要求。
2024-07-11 astro-ph.GA
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
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
Tracing The Start and End of Cosmic Reionization -- Exploring The Role of Ionizing Sources as drivers
本论文利用SPICE模拟和辐射转移方法,研究宇宙再电离纪元中氢和氦的电离过程,识别电离源(恒星、X射线双星、活动星系核等)的作用,并预测氦-3超精细跃迁作为新探针,以缓解JWST亮星系张力并揭示再电离历史。
2025-10-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
The SPHINX Cosmological Simulations of the First Billion Years: the Impact of Binary Stars on Reionization
我们提出了SPHINX宇宙学自适应网格细化模拟套件,第一个辐射流体动力学模拟,同时捕捉大规模再电离和逃逸的电离辐射从数千个解决星系。我们的$5$和$10$共同移动Mpc体积解决晕下降到原子冷却极限和模型的星际介质优于$\approx10$ pc分辨率。该项目有许多目标,以提高我们对再电离的理解,并为未来的观测做出预测。在这第一篇论文中,我们研究了如何列入双星计算恒星光度的影响再电离,相比,一个模型,只包括单星。由于通过强反馈抑制星系生长,我们的星系与星系光度函数的观测估计非常一致。我们发现,二进制有一个显着的影响,再电离的时间:与二进制,我们的盒子是$99.9$电离体积百分比在$z\approx 7$,而没有他们,我们的体积无法restored由$z=6$。这些结果对于体积大小、分辨率和反馈效率的变化是稳健的。电离辐射从各个星系逃逸的变化强烈而频繁。平均而言,双星的逃逸率为$\approx 7-10$ %,比单星高出约$3.5$倍。较高的逃逸分数是电离光度随年龄下降较浅的结果,也是较早再电离的主要原因,尽管双星较高的积分亮度也起着次主导作用。
2018-06-25 astro-ph.GA
Reionization with Simba: How much does astrophysics matter in modeling cosmic reionization?
传统的大尺度再电离模型通常采用晕质量和光度之间简单的确定性关系来预测再电离的进行。在这里,我们研究使用更详细的电离源模型的建模再电离的影响,在$100~{\rm Mpc/h}$宇宙流体动力学模拟{ \sc Simba},加上后处理的辐射转移。与简单的(一对一)模型相比,使用{ \sc Simba}源的主要区别在于暗物质晕与恒星形成的关系分散,从而导致电离发射率的分散。我们发现,在功率谱水平上,电离形态基本保持不变,无论源的数量或逃逸分数的变化。特别地,功率谱形状保持不受影响,并且其幅度在整个再电离过程中变化小于5- 10%,这取决于标度和中性分数。我们的研究结果表明,电离源的简化模型仍然是可行的,有效地模拟宇宙尺度上的再电离结构,虽然再电离的精确进展需要考虑天体物理效应引起的散射。
2022-05-26 astro-ph.CO astro-ph.GA
HST's Deep Blue: extremely deep UV imaging to reveal the contributors to reionization
Space Telescope Science Institute(太空望远镜科学研究所);Aix Marseille Université, CNRS, CNES, LAM (Laboratoire d’Astrophysique de Marseille)(艾克斯-马赛大学,法国国家科学研究中心,法国国家空间研究中心,马赛天体物理实验室);Stockholm University, Department of Astronomy and Oskar Klein Centre for Cosmoparticle Physics(斯德哥尔摩大学,天文学系与奥斯卡·克莱因宇宙粒子物理中心);Minnesota Institute for Astrophysics, School of Physics and Astronomy, University of Minnesota(明尼苏达大学物理与天文学院天体物理研究所);Institut d’Astrophysique de Paris, CNRS, Sorbonne Université(巴黎天体物理研究所,法国国家科学研究中心,索邦大学);IPAC, California Institute of Technology(加州理工学院红外处理与分析中心);Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, Universitá degli Studi di Milano-Bicocca(米兰比可卡大学“G.奥恰利尼”物理系);Department of Astronomy, University of Geneva(日内瓦大学天文学系)
本研究利用HST的WFC3/UVIS仪器对2<z<4的星系进行极深紫外成像,通过测量电离光子逃逸分数,揭示再电离时期的星系演化及其对星际介质电离的贡献。
2026-06-02 astro-ph.GA
Reionization with galaxies and active galactic nuclei
在这项工作中,我们调查的性质的来源,再电离的星系际介质(IGM)在高红移宇宙。使用半解析模型,旨在再现星系和黑洞在宇宙的第一个1.5 Gyr,我们重新审视恒星形成和黑洞吸积在产生电离光子,可以逃到IGM的相对作用。恒星的形成和黑洞的吸积都受到超新星反馈的调节,导致黑洞吸积在低质量晕中受阻。我们探讨了电离光子逃逸分数的各种组合(红移依赖,常数和恒星质量的标度)从两个恒星形成($\langle f_{\rm esc}^{\rm sf} \rangle$)和活动星系核($f_{\rm esc}^{\rm bh}$)查找:(i)电离收支主要是来自低质量恒星的恒星辐射具有活动星系核贡献的$z>6$的($M_*<10^9 {\rm M_\odot}$)星系(由$M_* > 10^9 {\rm M_\odot}$星系中的$M_{bh}>10^6 {\rm M_\odot}$黑洞驱动)在较低的红移处占主导地位;(ii)活动星系核只对符合观测再电离约束的模型贡献$10-25\%$到累积电离发射率的$z=4$;(iii)如果$\langle f_{\rm esc}^{\rm sf} \rangle$对恒星质量的依赖性比$f_{\rm esc}^{\rm bh}$浅,则在$z<7$处存在一个过渡恒星质量,在该质量以上,活动星系核支配逃逸电离光子产生率;(iv)过渡恒星质量随红移减小而减小。当活动星系核在…
2020-04-21 astro-ph.GA
From THESAN-ZOOM to JWST: Predicting ionizing photon escape and the rise of UV-bright reionization sources
University of Cambridge(剑桥大学);The University of Texas at Dallas(德克萨斯大学达拉斯分校);York University(约克大学);The University of Tokyo(东京大学);Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam(波茨坦阿纳西斯天文台);Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院)
利用THESAN-ZOOM辐射流体动力学模拟,通过随机森林回归模型预测LyC光子逃逸分数和逃逸率,发现爆发性恒星形成驱动的气体清除是关键,且紫外明亮星系主导了再电离。
2026-06-15 astro-ph.GA
The Escape Fraction of Ionizing Photons During the Epoch of Reionization: observability with the Square Kilometre Array
电离光子的逃逸分数$f_\mathrm{esc}$是表征再电离时期的重要参数之一,它在观测和理论上都是不受约束的。最近的工作强调了星系尺度反馈对$f_\mathrm{esc}$瞬时值的影响,因此开发一个再电离自洽耦合到星系演化的模型非常重要。在这项工作中,我们提出了这样一个模型,并探讨如何物理动机的功能形式的$f_\mathrm{esc}$影响星系际介质内的电离氢的演变。使用的$21$厘米功率谱的演变,我们调查的可能性观测区分恒定的$f_\mathrm{esc}$和其他模型,依赖于不同形式的星系反馈。我们发现,改变潜在的$f_\mathrm{esc}$和星系反馈之间的联系,大大改变了大规模的$21$厘米功率。即将推出的平方公里阵列低频仪器具有在固定光学深度区分我们的模型的灵敏度,只需要$200$小时的积分时间集中在红移$z = 7.5-8.5$。将这些结果推广到不同的光学深度将需要多个$800$小时的观测跨越红移$z = 7-10$。这提供了一个令人兴奋的机会,以观测约束最难以捉摸的参数之一,在时代的再电离。
2019-07-15 astro-ph.CO astro-ph.GA
High-Redshift Galaxy Surveys and the Reionization of the Universe
早期宇宙中的恒星形成星系可能为我们提供了解释宇宙再电离的最自然的方法。目前的观测结果是足够全面的,使我们能够近似计算如何从星系的电离辐射变化作为宇宙时间的函数。重要的不确定性,在模拟再电离星系围绕逃逸分数和它的光度和红移的依赖性,一个可能的截断星系光度函数在暗端,和一个演变的生产效率的莱曼连续光子与宇宙时间。尽管存在这些不确定性,这些参数的合理选择自然预测了z~6-10的宇宙电离发射率,其演变和整体归一化与当前观测约束的结果非常一致。这有力地表明,星系提供了宇宙膨胀所必需的光子。
2015-11-15 astro-ph.GA
On the rise and fall of galactic ionizing output at the end of reionization
本研究探讨了再电离末期星系电离发射率下降可能是模拟建模缺陷所致,发现低估大质量恒星形成晕的IGM不透明度可缓解此需求,且硬电离光谱或微弱低偏置源驱动的模型最能再现Ly$α$透射率与光深分布。
2024-12-18 astro-ph.CO astro-ph.GA
AGN ruled out as the dominant source of cosmic reionization
利用JWST数据构建高完备性样本并分解点源,得出AGN对再电离LyC光子贡献上限为三分之一,从而排除AGN为再电离主导源,确认星系主导。
2025-10-08 astro-ph.GA
The contribution from stars stripped in binaries to cosmic reionization of hydrogen and helium
大质量恒星通常存在于双星系统中,有人认为双星系统的产物会增强恒星星族的电离辐射。我们需要精确预测二元产物,以了解和量化它们对宇宙再电离的贡献。我们调查的贡献剥离的恒星双星,因为(1)他们可以说,最好的理解产品的双星演化,(2)我们最近产生的第一个非LTE辐射转移计算这些剥离的恒星的大气,预测其电离光谱,和(3)他们是非常有前途的来源,因为他们提高电离辐射的恒星星族在后期。这使得恒星的反馈可以清除周围的环境,使更多的光子可以逃逸并进入星系际介质。结合我们对电离光谱的详细预测和一个简单的宇宙再电离模型,我们估计剥离的恒星贡献了百分之几十的光子,导致宇宙氢再电离,这取决于假设的逃逸分数。更重要的是,剥离的恒星强化了电离辐射。我们估计,光谱电离部分的光谱指数可以增加到-1,而对于单星,光谱电离部分的光谱指数小于-2。在高红移,剥离的恒星和大质量的单星结合主导的氦电离发射,但我们预计活动星系核驱动宇宙氦再电离。我们预计进一步的观测结果是:(1)恒星系统周围星系际气体的高电离态,如CIV和SiIV;(2)星系际介质的额外加热高达几千开尔文。量化这些保证了在完整的宇宙学模拟中包含剥离恒星和其他二元产物的精确模型。
2019-11-01 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
Conditions for Reionizing the Universe with A Low Galaxy Ionizing Photon Escape Fraction
我们探讨了低星系电离光子逃逸分数的星系际介质再电离的情况。我们结合基于模拟的晕质量依赖逃逸分数外推所观察到的星系休息紫外光度函数,以解决从z=20到z=4的再电离历史。我们探索关键未知量的后验分布,包括恒星形成的极限晕质量,电离光子产生效率,以及活动星系核(AGN)的潜在贡献。我们边缘化的允许参数空间使用马尔可夫链蒙特卡罗方法,找到一个解决方案,满足最独立的模型约束再电离。我们的基准模型可以匹配观测约束与平均逃逸分数<5%的整个大部分的时代的再电离,如果:i)星系形成恒星下降到原子冷却极限前再电离和光抑制质量的log再电离期间/之后(M_h/Msol)~9(-13<M_UV,lim<-11); ii)星系在更高的红移和更暗的量级上成为更有效的电离光子的生产者,以及iii)存在显著的,但次主导的,z < 7时AGN的贡献。在这个模型中,最暗的星系(M_UV>-15)的电离发射率占主导地位,导致较早的再电离开始和较平滑的电离体积填充分数的演变比模型,假设一个单一的逃逸分数在所有的红移和光度。这个模型的电离发射率与z=4-5(以及更低,外推时)的观测结果一致,与一些假设单个逃逸分数的模型相反。根据对z = 7的Lya发射体的观测和对两个z>7的类星体的阻尼翼分析,我们预测了z=7时QHII =78%(± 8%)的电离体积填充率在~1-2 σ张力范围内,这两个类星体更倾向于QHII,z=7…
2019-05-02 astro-ph.CO astro-ph.GA
Reionization after Planck: The Derived Growth of the Cosmic Ionizing Emissivity now matches the Growth of the Galaxy UV Luminosity Density
普朗克的汤姆逊光学深度τ测量为宇宙的再电离提供了新的见解。为了追求对电离源性质的模型独立约束,我们确定了宇宙电离发射率的经验演化。我们利用一个简单的双参数模型,根据新的普朗克光学深度τ的测量结果、类星体吸收谱的约束条件和z~7-8星系中Ly-alpha发射的普遍性,绘制了z> 6时发射率的演化图。我们发现观测所要求的发射率点{N}_{ion}(z)的红移演化为d(log Nion)/dz=-0.15(-0.11)(+0.08),这在很大程度上与假定的聚团因子C_{HII}无关,并且完全与电离源的性质无关。点{N}_{ion}(z)的变化趋势与星系紫外光密度(dlog_{10} rho_UV/dz=-0.11+/-0.04)的变化趋势很好地匹配,达到了>~-13等的星等极限,这表明星系是驱动宇宙再电离的源。星系的作用被进一步加强的转换从UV光度密度rho_UV到dot(N)_{ion}(z)是可能的逃逸分数f_{esc},莱曼连续体光子产生效率xi_{ion}和暗端截止$M_{lim}$的光度函数的物理上合理的值。类星体/活动星系核似乎既不符合红移演化,也不符合电离发射率的归一化。基于电离发射率的推断演化,我们估计z~10的紫外光度密度比$z~6低8(-4)(+15)倍,与观测结果一致。目前的方法对比推断的电离发射率的演变与星系紫外线光度密度增加了越来越多的观测证据,微弱的,恒星形成…
2015-09-05 astro-ph.CO astro-ph.GA
Astraeus VI: Hierarchical assembly of AGN and their large-scale effect during the Epoch of Reionization
在这篇文章中,我们使用ASTRAEUS(N体暗物质模拟中星系形成和再电离的半数值辐射转移耦合)框架来研究宇宙再电离源的性质。我们扩展ASTRAEUS,它已经耦合了一个星系形成半解析模型与详细的半数值再电离计划,包括一个模型的黑洞的形成,增长,并从相关的活动星系核(活动星系核)的电离辐射的生产。我们校准了我们的基准活动星系核模型,以再现z ~ 5处的热光度函数,并探讨了由此产生的活动星系核人口在宇宙再电离中的作用。我们发现,在所有得到合理活动星系核光度函数的模型中,星系在再电离时期的电离收支中占绝对优势,活动星系核在z=6时占电离收支的1-10%,只有在z < 5时才开始发挥作用。
2022-07-26 astro-ph.CO astro-ph.GA
REBELS-IFU: Spatially Resolved Ionizing Photon Production Efficiencies of 12 Bright Galaxies in the Epoch of Reionization
Universitat de València(瓦伦西亚大学);Instituto de Física de Cantabria(坎塔布里亚物理研究所);Academia Sinica(中央研究院);Universidad Diego Portales(迭戈·波特莱斯大学);Leiden University(莱顿大学);The University of Manchester(曼彻斯特大学);University of Western Australia(西澳大利亚大学)
研究通过JWST观测测量12个高红移星系的离子化光子生产效率,发现其与恒星形成率、表面密度等参数存在强相关性,并推断再电离时期的离子化气泡大小。
2026-02-11 astro-ph.GA
Robustness of direct measurements of the mean free path of ionizing photons in the epoch of reionization
本研究通过结合再电离宇宙学辐射转移模拟与类星体近邻区一维辐射转移计算,检验再电离时期电离光子平均自由程直接测量的偏差,证实z~6处测量结果对多种潜在偏差源具有鲁棒性。
2024-07-12 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Neutral Islands during the Late Epoch of Reionization
再电离时期电离场的大尺度结构可以用漂移集理论来模拟。早期电离区的生长可用“气泡模型”描述,而中性区在电离区渗流后的收缩过程则可用“岛模型”描述。建立了一个基于偏移集的分析模型和半数值程序(islandFAST)。电离背景和岛内部的气泡也包括在处理中。在模型中,考虑了大尺度欠密中性岛和小尺度过密团簇两种电离光子吸收体,电离背景自洽演化。
2018-01-12 astro-ph.CO astro-ph.GA
The effects of binary stars on galaxies and metal-enriched gas during reionization
双星在附近的星系中很丰富,但在高红移宇宙的模拟中通常无法解释。恒星星族合成模型,包括二进制演化的影响,导致更大的相对丰度的电离光子,可以显着影响周围的电离背景在氢再电离的时代,另外导致星系气体含量和恒星形成的差异。我们使用流体动力学宇宙学模拟,包括在原位多频辐射转移的再电离时代的星系中的一个高的二元分数的早期星系际介质的性状和H I和He II电离光子的丰度的影响进行评估。我们进一步扩展到分析富集气体的特性。在比较指标使用基准模拟假设单星与一个纳入一个高的二进制分数,我们发现,双星导致H I再电离完成更早,并在加速的步伐,同时也增加了模拟吸收光谱中的高电离金属(C IV和Si IV)的丰度,同时减少了低电离态(O I,Si II和C II)的丰度。然而,通过增加星系和环星系气体的光加热,它们同时降低了低质量星系中恒星形成的速率,减缓了正在进行的浓缩过程并抑制了它们自己的电离背景。这可能导致$z\geq5$的He II再电离过程变慢,并进一步表明当忽略双星恒星演化时,可能低估了星系的自我调节。
2021-05-20 astro-ph.CO astro-ph.GA
(Re)Solving Reionization with Lyα: How Bright Lyα Emitters account for the $z\approx2-8$ Cosmic Ionizing Background
来自恒星形成星系的宇宙电离发射率长期以来一直被锚定到紫外光度函数。在这里,我们介绍了一个发射率框架的基础上LY $α$发射器(LAEs),这自然是在负责电离背景的星系的子集,由于生产和逃逸的LY $α$和LyC光子之间的密切联系。利用明亮LAEs逃逸分数的约束($L_{\rm{Lyα}}>0.2 L^{*}$)在$z\approx2$从解决的Ly $α$配置文件获得,并认为他们的红移不变性,我们表明:(i)类星体和LAE一起在$z\approx2-6$处再现了相对平坦的发射率,这是不平凡的,因为在这些时期,恒星形成密度和类星体数量密度都有很强的演化,以及(ii)在合理的假设下,LAE在$z\approx6-9$之间产生延迟和快速的再电离。在此框架内,在$z\approx3-7$之间的UV总体平均$f_{\rm{esc}}$中的$>10\times$上升自然地由于驱动具有红移的Ly $α$发射体分数增长的相同现象而出现。一般来说,LAE占主导地位的发射率产生的电离预算与紫外光度的分布中的峰值,在最新的模拟报告。使用我们采用的参数($f_{\rm{esc}}=50\%$,$ξ_{\rm{ion}}=10^{25.9}$ Hz erg $^{-1}$为一半的明亮LAEs),一个高度电离的少数星系与$M_{\rm UV}<-17$占整个电离预算从恒星形成的星系。这种罕见星系的LyC快速闪光…
2022-03-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
The First Billion Years Project: The escape fraction of ionizing photons in the epoch of reionization
在低质量暗物质晕中形成的原星系被认为提供了重建宇宙所需的大部分电离光子,因为它们的电离光子逃逸率很高。我们研究如何在高红移星系逃逸分数涉及到的星系形成的晕的物理性质,通过计算逃逸分数超过75000晕之间的红移27和6,提取的第一个十亿年项目,高分辨率宇宙流体动力学模拟星系形成。我们发现,逃逸分数的主要约束是在半径为10 pc的恒星星族周围的气体柱密度,造成了强烈的质量依赖的逃逸分数。在维里质量低于1e8太阳质量的晕中,较低的势阱导致低的柱密度,可以被年轻恒星(年龄<500万年)的辐射穿透。在维里质量超过1e8太阳质量的晕中,超新星反馈是重要的,但在这个质量范围内,只有30%的晕的逃逸分数高于1%。我们发现了一个大范围的逃逸分数晕具有相似的属性,所造成的不同分布的致密气体的晕。这使得它很难预测的基础上的晕属性的逃逸分数,并在一个高度各向异性的逃逸分数的结果。强烈的质量依赖性,大的扩散和大的各向异性的逃逸分数可能会强烈影响再电离的拓扑结构,是目前的宇宙再电离模型应该努力考虑。
2015-07-08 astro-ph.CO astro-ph.GA
On the Ionization of Luminous WMAP Sources in the Galaxy : Constraints from He Recombination Line Observations with the GBT
威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)的自由-自由前景发射图被用来识别银河系中的弥漫电离区(DIEF)(Rahman & Murray 2010)。已经发现,18个最明亮的WMAP源产生了银河系总电离光度的一半以上。我们用绿岸望远镜在1.4GHz附近观测到了WMAP发光源G49.75-0.45的射电复合谱线。氢RRL被检测到朝向源,但没有检测到氦线,这意味着n_He+/n_H+ < 0.024。这个极限对电离光谱提出了严格的限制。G49的总电离光度(3.05 x 10^51 s^-1)约为该星系内所有射电HII区光度的2.8倍,其他WMAP源通常也是如此。Murray & Rahman(2010)提出额外的电离是由于嵌入WMAP源中的大质量团簇(G49约为7.5 x10^3 Msun)。这样的团簇应该产生足够的光子,能量为\geq 24.6 eV,以完全吸收氦。我们的观察排除了一个简单的模型与G49电离的大规模集群。我们还考虑了Lockman和Anantharamaiah提出的HII区电离的“泄漏”模型,但这些模型也不能解释我们的观测结果。我们估计氦电离光子需要衰减> ~10倍才能解释观测结果。如果尘埃对He电离光子的选择性吸收导致了这种额外的衰减,那么尘埃对He电离光子和H电离光子的吸收截面的比率应该> ~6。
2012-02-03 astro-ph.GA
Reionization with star-forming galaxies: insights from the Low-z Lyman Continuum Survey
从星系逃逸的电离光子的分数,$f_{esc}$,是在同一时间的再电离建模和一个非常鲜为人知的量,特别是在高红移的一个关键参数。最近的观测开始限制低z恒星形成星系中的$f_{esc}$值,但这种比较的有效性仍有待验证。在高z应用$f_{esc}$和低z莱曼连续统巡天的紫外斜率趋势之间的经验关系,我们使用DELPHI半解析星系形成模型来估计高z星系的全球电离发射率,我们使用它来计算由此产生的再电离历史。我们发现,全球电离发射率和再电离历史符合观测约束。假设低z相关性在再电离时期保持不变,我们发现具有$-16 \lesssim M_{UV} \lesssim -13.5$的星系是再电离的主要驱动者。我们在z= 4.5,6,8处导出总体平均的$\langle f_{esc} \rangle \simeq 8\%, 10\%, 20\%$。
2022-12-12 astro-ph.CO astro-ph.GA
Future Constraints on the Reionization History and the Ionizing Sources from Gamma-ray Burst Afterglows
我们预测的再电离的历史约束,推断从莱曼α阻尼翼吸收功能,为未来的样本$\sim 20$ $z \geq 6$伽马射线暴(GRB)余辉。我们描述了每个余辉光谱的三参数模型。首先,L表征了GRB宿主晕周围电离区域的大小(“气泡大小”)。第二,$\langle{x_{\rm HI}\rangle}$是伽玛暴周围电离泡外部的体积平均中性分数,其近似为空间均匀的。最后,$N_{\mathrm{HI}}$表示与GRB宿主星系相关的局部阻尼莱曼α吸收体(DLA)的柱密度。电离区域的尺寸分布是从再电离的数值模拟中提取的,并且在再电离时期(EoR)强烈地演变。模型DLA柱密度遵循从当前GRB余辉谱确定的经验分布。我们使用Fisher矩阵形式主义预测的$\langle{x_{\rm HI}(z)\rangle}$的限制,可以从后续的余辉光谱与SNR = 20每R=3,000分辨率的元素在连续。我们发现,中性部分可以确定优于10-15\%(1- $σ$)的准确度,从这个数据跨越多个独立的红移箱在$z \sim 6-10$,跨越大部分的EoR,虽然精度下降了一些接近年底的再电离。在$z \geq 6$用$80$伽玛暴余辉进行更有前途的巡天,可以将这里的精度提高一个因子$2$,并将测量范围扩大到$z \sim 14$。我们进一步讨论了如何将这些约束条件与电离光子逃逸分数的估计相结合,从DLA柱密度分布对伽玛…
2021-05-05 astro-ph.CO astro-ph.GA
Towards unveiling the Cosmic Reionization: the ionizing photon production efficiency ($ξ_{ion}$) of Low-mass H$α$ emitters at $z \sim 2.3$
本文研究z~2.3低质量Hα发射体的电离光子产生效率,发现其ξ_ion比主序星系高约0.2 dex,并揭示ξ_ion与恒星质量间的downsizing关系及对紫外谱斜率、光度和等值宽度的依赖性。
2024-06-06 astro-ph.GA
No missing photons for reionization: moderate ionizing photon escape fractions from the FIRE-2 simulations
本文给出了真实环境中的反馈项目中34个高分辨率宇宙学放大模拟星系在z>5时的氢电离光子逃逸分数(f_esc),并用电离辐射的蒙特卡罗辐射转移代码进行了后处理。我们的样品由8500个晕组成,在M_vir~10^8--10 ^$> 12} M_sun(M_star~10^4--10 ^$> 10} M_sun),z=5--12。我们发现,<f_esc>当M_vir~ 10^{9.5}-10 ^{11} M_sun时,样品平均值随晕质量的增加而增加,当M_vir>10^{11} M_sun时,样品平均值随晕质量的增加而减小。当量,<f_esc>随着恒星质量的增加而增加,直到M_star~10^8 M_sun,并在更高的质量下减少。即使应用单星恒星星族合成模型,我们也发现<f_esc>在M_star~10^8 M_sun的星系中有一个中等的~0.2。几乎一半的逃逸电离光子来自1- 300万年前的恒星,其余的来自3- 1000万年前的恒星。双星只有适度的影响,增加<f_esc>约25- 35%,逃逸光子的数量增加60- 80%。大多数泄漏的电离光子来自恒星形成活跃的区域,这些区域通常包含一个由致密壳层包围的反馈驱动的kpc尺度的超级气泡。壳层在加速的同时正在形成恒星,所以壳层中较早形成的新恒星已经在壳层内部。气泡中和壳层边缘附近的年轻恒星可以完全覆盖一些通过反馈预先清除的低柱密度路径,…
2020-08-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
The space density of ultra-luminous QSOs at the end of reionization epoch by the QUBRICS Survey and the AGN contribution to the hydrogen ionizing background
在QUBRICS巡天的框架下,我们重新评估了z~5超亮类星体空间密度的估计值。在12,400平方米的区域内,获得了14个光谱证实的类星体的约90%的完整样品,它们的M_(1450)<-28.3,4.5 <z<5.0。度,这要归功于多波长选择和GAIA天体测量。z~5类星体在-29.3 <$M ~(1450)<-28.3范围内的空间密度比以前的测量值高出3倍。结果表明,在z~5处,类星体光度函数的亮端斜率较陡;在3<z<5.5处,超亮类星体(M1450~-28.5)的空间密度发生了轻微的红移演化,这与活动星系核(AGN)在M1450~-23处的红移演化一致。这些发现与活动星系核在z>3时的纯密度演化是一致的。采用我们的z~4类星体光度函数,并在红移中应用一个温和的密度演化,在z=4.75处,假设逃逸分数为~70%,活动星系核光度函数的暗端斜率较陡,得到光电离率为γ HI =0.46+0.17- 0.09 × 10 ^-12 s^-1。由此得到的光电离率约为再电离末期电离本底的50-100%,表明活动星系核在宇宙学再电离过程中起着重要作用。
2021-10-26 astro-ph.CO astro-ph.GA
The mean free path of ionizing photons at 5 < z < 6: evidence for rapid evolution near reionization
电离光子的平均自由程$λ_{\rm mfp}$是影响星系际介质光电离的关键因素。然而,在$z \gtrsim 5$,$λ_{\rm mfp}$可能足够短,以至于对类星体的测量会受到类星体邻近效应的影响。我们提出了新的直接测量的$λ_{\rm mfp}$,解决这种偏见,并扩展到$z \sim 6$的第一次。我们在$z \sim 5$的测量是基于巨型双子座GMOS巡天和新的凯克LRIS低光度类星体观测数据。在$z \sim 6$中,我们使用来自Keck ESI和VLT X-Shooter的类星体光谱。我们分别在$z = 5.1$和6.0测量了$λ_{\rm mfp} = 9.09^{+1.62}_{-1.28}$适当Mpc和$0.75^{+0.65}_{-0.45}$适当Mpc(68%置信度)。在$z = 5.1$的结果与现有的测量结果是一致的,这表明,从邻近效应的偏见是轻微的在这个红移。然而,在$z = 6.0$,我们发现忽略邻近效应会使结果偏高两倍或更多。我们在$z = 6.0$的测量值远低于从较低红移推断的值,表明$λ_{\rm mfp}$在$5 < z < 6$上的快速演化。这种演变不利于模型中,再电离结束足够早,IGM有时间完全放松流体动力学的$z = 6$,但定性与模型中,再电离完成在$z = 6$,甚至显着更晚。我们的平均自由程结果与后期再电离模型最一致,其中IGM在$z…
2021-09-15 astro-ph.CO astro-ph.GA
Ionizing photon production and escape fractions during cosmic reionization in the TNG50 simulation
在这项工作中,我们调查的依赖性的逃逸分数的电离光子,$f_{\rm esc}$,对各种星系和主机晕的属性在再电离的时代。我们使用三维多频辐射传输代码CRASH对来自IllustrisTNG项目的TNG 50磁流体动力学模拟进行后处理。我们的工作涵盖了恒星质量范围$10^6 \lesssim M_\star/{\rm M_\odot} \lesssim 10^8$在红移$6 < z < 10$。采用一个未解决的,云尺度逃逸分数参数的统一,晕逃逸分数$f_{\rm esc}$增加与质量从$\sim 0.3$在$M_\star = 10^6$ M $_\odot$ $\sim 0.6$在$M_\star = 10^{7.5}$ M $_\odot$,之后,我们发现的营业额和逃逸分数下降的提示,甚至更大的星系。然而,我们证明了一个强大的和非线性的依赖$f_{\rm esc}$上所采用的子网格逃逸分数。此外,$f_{\rm esc}$在固定质量下具有显著的散射,这是由电离光子速率的多样性以及(恒星)源位置和下层密度分布之间的复杂关系驱动的。全球发射率是一致的观测合理的云尺度吸收值,和晕与恒星质量$\lesssim 10^{7.5}$ M $_\odot$贡献的电离光子在所有的红移。在$M_\star \lesssim 10^{6.5}$ M $_\odot$下,分解灰尘使$f_{\rm es…
2022-07-22 astro-ph.CO astro-ph.GA
Semi-analytic forecasts for JWST -- V. AGN luminosity functions and helium reionization at z = 2-7
早期宇宙中形成的活动星系核(AGN)被认为是导致星系际氦再电离的硬电离光子的主要来源。然而,高红移活动星系核的数密度和光谱性质在很大程度上仍然不受约束。在这项工作中,我们利用各种各样的可用的观测校准的物理信息模型,以提供在整个再电离时代的AGN的作用的估计。我们提出了活动星系核的光度函数在各种波段之间的z = 2至7预测的成熟的圣克鲁斯半解析模型,其中包括建模的黑洞吸积和活动星系核的反馈。然后,我们结合预测的活动星系核人口的电离光子产生率,这取决于吸积超大质量黑洞的质量和吸积率的自洽估计的物理谱模型。然后,我们耦合预测的共动电离发射率与分析模型计算星系际氦和氢随后的再电离历史。这项工作表明,耦合物理动机的分析或半分析技术,以捕捉多尺度的物理过程,在广阔的尺度范围内(在这里,从活动星系核吸积盘的宇宙尺度)的潜力。我们的物理模型预测的内在电离光子预算远高于许多文献中的估计,这意味着氦再电离可以轻松地完成,即使具有相对较低的逃逸分数。我们还预测活动星系核的人口,预计将在未来的\emph{James Webb Space Telescope}调查。
2021-09-27 astro-ph.CO astro-ph.GA
Semi-analytic forecasts for JWST -- IV. Implications for cosmic reionization and LyC escape fraction
在低质量晕中形成的星系束被认为是大爆炸后最初10亿年内宇宙再电离的主要原因。然而,这些晕在附近宇宙中形成恒星的效率极低。在这项工作中,我们解决这个明显的紧张局势,并询问是否物理动机模型的星系形成,再现了观测到的丰富的微弱星系在附近的宇宙也是一致的再电离历史上的观测约束。通过接口的圣克鲁斯半解析模型的星系形成与分析再电离模型,我们构建了一个计算效率高的管道,连接“地面水平”的星系形成物理学的“顶级”宇宙尺度观测。根据预测到$z=15$的星系群的光度特性,我们计算了星系际氢的再电离历史。我们量化的三个简并量,影响总的电离光子预算,包括星系的丰度,电离光子的内在生产率,和LyC逃逸分数。我们探索这些数量之间的协方差使用马尔可夫链蒙特卡罗方法。我们发现,我们的本地校准的模型是一致的,与所有目前可用的约束条件的再电离历史,合理的假设下的LyC逃逸分数。我们量化了不同光度的星系贡献的电离光子的比例,发现JWST NIRCam宽和深调查中预计将被检测到的星系负责产生整个EoR的电离光子的$\sim 40$ - $80\%$。这项工作中提出的所有结果都可以在https://www.simonsfoundation.org/semi-analytic-forecasts-for-jwst/上获得。
2020-06-18 astro-ph.CO astro-ph.GA
The impact of reionization on the formation of supermassive black hole seeds
直接坍缩黑洞(DCBH)是由早期宇宙中原子冷却的原始气体坍缩形成的,是超大质量黑洞种子的有力候选者。DCBH被认为是在存在强分子解离的莱曼-沃纳(LW)辐射场的情况下在原子冷却晕中形成的。在这种情况下,恒星形成星系可能是LW辐射的来源,来自这些星系的电离辐射可能伴随着LW辐射。我们目前的宇宙学模拟解决的原始气体坍缩成一个原子冷却晕,包括LW和电离辐射的影响。我们发现,在气体没有自屏蔽电离辐射的情况下,坍缩可以延迟约2500万年。当电离的气体确实坍缩时,存在的自由电子催化H2的形成。反过来,H2冷却在晕的中心变得有效,并且防止了DCBH的形成。然而,我们强调,在许多情况下,气体坍缩成原子冷却晕在高红移是自屏蔽电离辐射。因此,只有在一小部分这样的晕中,DCBH的形成由于再电离而被阻止。
2015-10-14 astro-ph.CO astro-ph.GA
Radiative transfer of ionizing radiation through gas and dust: stellar source case
我们提出了一个新的尘埃扩展的蒙特卡罗辐射转移代码崩溃,这使它能够模拟电离辐射的传播通过气体和尘埃的混合物。新的代码适用于研究理想的银河H II区域和小尺度再电离尘埃吸收的影响。我们发现,H II区域的大小减少了尘埃的存在,而它们的内部温度和电离结构基本上不受影响。在小尺度再电离模拟中,尘埃使电离锋变硬,延迟了电离泡的重叠。研究发现,这种效应仅微弱地取决于密度较低地区假设的尘埃丰度。
2018-09-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
Magnetizing the Cosmic Web during Reionization
越来越多的证据表明,宇宙片,细丝和空隙今天可能被大量磁化。然而,星系际介质(IGM)中磁场的起源目前还不确定。众所周知,对标准模型物理学的非标准扩展可以提供使整个宇宙磁化的机制。也许不太为人所知的是,物质的标准经典物理学-辐射相互作用实际上具有相同的潜力。我们讨论了一种基于非均匀IGM中硬光子和电子之间动量交换的磁生机制。在再电离时期,在电离源附近操作,这种机制能够在与电离源之间的距离相当的尺度上产生相关强度的磁种子。此外,总结所有电离源的贡献,并考虑到气体不均匀性的分布,我们表明,这种机制离开IGM,在再电离结束时,与磁化水平,可能占,当放大机制接管,在当前的宇宙网络的磁场强度。
2018-11-23 astro-ph.CO astro-ph.GA
A structural degeneracy explains reionization tensions and limits dark matter constraints
University of Oxford(牛津大学);Shanghai Astronomical Observatory, Chinese Academy of Sciences(中国科学院上海天文台)
研究揭示再电离历史探测器对模型参数与观测的非可逆映射,限制暗物质约束,并提出仅空间拓扑敏感观测可打破退化。
2026-05-02 astro-ph.CO astro-ph.GA
Probing the ionizing photon output of galaxies near cosmic dawn with the patchy kSZ effect
本文通过辐射转移模拟表明,pkSZ 功率谱结合 Lyα 森林或其多尺度形状,可约束早期再电离历史并打破其与源聚集的简并。
2025-07-23 astro-ph.CO astro-ph.GA
Evidence for Large-Scale Fluctuations in the Metagalactic Ionizing Background Near Redshift Six
在$z \lesssim 6$观测到的星系际莱曼- $α$不透明度的散射,需要在预期的再电离结束后星系际介质(IGM)中性部分的大尺度波动。解释这种散射的后再电离模型调用电离紫外背景(UVB)或IGM温度的波动。然而,这些模型对莱曼- $α$不透明度和局部密度之间的关系做出了非常不同的预测。在这里,我们测试这些模型使用莱曼- $α$发射星系(LAEs)跟踪周围的密度场最长和最不透明的已知莱曼- $α$槽在$z < 6$。使用深Subaru Hyper Suprime-Cam窄带成像,我们发现在20 Mpc/ $h$的谷内$z \simeq 5.7$ LAE的高度显著的缺陷。结果是一致的模型,其中散射在莱曼- $α$不透明度附近的$z \sim 6$是由大规模的UVB波动驱动的,并不赞成的情况下,散射主要是由IGM温度的变化驱动。在这个时代的UVB波动提出了再电离模型的边界条件,并可能有助于阐明电离源的性质。
2018-03-23 astro-ph.CO astro-ph.GA