Probing the Early History of Cosmic Reionization by Future Cosmic Microwave Background Experiments
宇宙再电离在宇宙微波背景（CMB）的温度和偏振各向异性上留下了自己的印记。CMB望远镜的进步已经对再电离的历史施加了重大的限制。由于不久的将来CMB望远镜的目标是最大的灵敏度，或仅受宇宙方差（CV）限制的观测，我们在此预测未来CMB观测在约束再电离历史方面的潜力。在这项研究中，我们进行马尔可夫链蒙特卡罗分析CV有限的E-模式偏振观测，如LiteBIRD（光卫星的研究B-模式偏振和膨胀从宇宙背景辐射探测），基于几种不同的方法，不同的方式采样再电离历史。我们特别关注于估计非常早期的历史，发生在红移$z>15$，这是量化的部分CMB光学深度由于自由电子在$z>15$，$τ_{z>15}$。我们发现，$τ_{z>15} \sim 0.008$的再电离，这是远远低于目前的上限$τ_{z>15} \sim 0.02$，是可以实现的再电离模型在早期阶段与minihalo的优势，并可以区分与$τ_{z>15} \lesssim 5\times 10^{-4}$通过CV有限的CMB偏振观测。然而，对$τ_{z>15}$的准确估计仍然有些难以捉摸。我们调查是否resscribe有限球谐模式的E模式偏振数据可以解决这个缺点。
2022-02-09 astro-ph.CO
Modelling the 21 cm Signal From the Epoch of Reionization and Cosmic Dawn
通过红移21厘米谱线研究宇宙黎明和再电离时期是SKA1的主要科学目标之一。它们的重要性在于它们与宇宙中最早的恒星密切相关。解释即将出现的数据需要对相关的物理过程进行详细的建模。在这篇文章中，我们专注于再电离的理论模型，这些模型是由在印度工作的各个小组根据即将到来的SKA制定的。这些模型包括纯分析和半数值计算以及完全数值辐射转移模拟。从这些模型的21厘米信号的预测将是有用的，在约束使用SKA数据的早期星系的属性。
2016-10-26 astro-ph.CO
Primordial Non-Gaussianity and Reionization
原始扰动的统计性质包含了关于这些波动起源的线索。虽然普朗克合作最近从宇宙微波背景测量中获得了对原始非高斯性的严格限制，但仍然值得挖掘即将到来的数据集，以努力设置独立或竞争性限制。在再电离时期，在红移z~6-20处形成的电离泡是由原初超密度产生的，因此，高红移处电离场的统计与原初场的统计有关。在这里，我们模拟再电离场的原始非高斯效应。的时代和持续时间的再电离的影响是电离气泡的大小，但这些变化是退化的电离源和周围星系际介质的属性的变化。一个更有希望的签名是电离场的空间波动的功率谱，这可能是即将到来的21厘米调查探测。这与大尺度下的1/k^2相关性是一致的，这是物质场的有偏示踪剂的特征。我们预测如何以及即将到来的21厘米观测将能够解开这个信号从前景污染。虽然前景清洗不可避免地消除了大规模的模式，最受影响的原始非高斯，我们发现，原始非高斯可以从前景污染的长度尺度范围很窄。在原则上，未来的红移21厘米的调查可能会允许与普朗克竞争的限制。
2013-04-30 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
Probing features in inflaton potential and reionization history with future CMB space observations
我们认为，在未来的宇宙微波背景（CMB）偏振测量的原始功率谱的探测功能的前景。在暴胀情形的范围内，光谱中的这些特征可以由暴胀子势中的局部非光滑部分（一般是光滑的和准平坦的）产生，而这些局部非光滑部分又可能源于与暴胀子相互作用的其他量子场在暴胀期间的快速相变。它们可以拟合CMB温度功率谱中的一些异常值，这些异常值在标准的暴胀${\mathrmΛ}$ CDM模型中没有得到解决。我们认为Wiggly Whipped Inflation（WWI）是一个理论框架，与标准的暴胀模型相比，它改善了普朗克2015年温度和极化数据的拟合，尽管没有达到统计学显著水平。我们表明，在第一次世界大战模型的潜力的某些类型的功能，导致振荡的原始功率谱，扩展到中等和小尺度可以约束高置信度（在3 $σ$或更高的置信水平）的仪器作为宇宙起源探测器（CORE）。为了研究暴胀特征和再电离时代的足迹之间可能的混淆，我们考虑了一个扩展的再电离历史，随着红移的减少，自由电子单调增加。我们讨论了目前的限制，这个模型的扩展再电离和未来的预测与核心。我们还预测，在何种程度上，这种扩展的再电离可以在识别数据中的暴胀特征时造成混乱。
2018-04-04 astro-ph.CO
Probing Cosmological Reionization through Radio-interferometric Observations of Neutral Hydrogen
再电离时代是宇宙演化史上最鲜为人知的篇章之一。本论文研究了利用HI 21-cm图揭示宇宙再电离历史的两种主要方法，其中讨论最多的方法是研究HI 21-cm再电离的全局统计性质。我们开发了计算多频角功率谱（MAPS）的形式，并将HI信号的统计量量化为角多极l和频率间隔Δ v的联合函数。我们采用了一个简单的模型HI分布，其中包括斑片状再电离，并使用它来研究电离气泡的MAPS签名。我们还研究了前景减法的含义。论文的一个主要部分探讨了在21厘米的地图中检测单个源周围电离气泡的可能性。我们提出了一种基于可见性的匹配滤波器技术，以最佳地结合来自电离气泡的信号，并最大限度地减少噪声和前景的贡献。形式主义作出明确的预测的能力，检测电离泡或最终排除其存在的无线电地图。给出了GMRT和MWA的结果。利用模拟的HI图，我们分析了泡外HI起伏对其探测能力的影响。各种其他问题，如（i）气泡大小的确定（ii）盲目搜索气泡，（iii）最佳红移气泡检测也进行了讨论。
2009-06-03 astro-ph.CO
Probing delayed-end reionization histories with the 21cm-LAE cross-power spectrum
为了预测21 cm-LAE互功率谱，我们模拟了21 cm信号和LAE在再电离时期的粒子数演化。我们采用高动态范围模拟的IGM创建的模型是一致的，从CMB，莱曼- $α$森林和LAE人口统计的约束。使用这些模型，我们考虑的演变的交叉功率谱的选择现实的再电离的历史和预测的灵敏度，目前和即将到来的调查，以测量这个信号。我们发现，一个延迟结束再电离的印记可以观察到未来的调查，并强烈的约束，可以放在再电离的进展，迟至$z=5.7$使用斯巴鲁SKA调查。我们预测的信噪比实现的组合斯巴鲁/PFS与MWA，LOFAR，HERA和SKA干涉仪的集成时间为1000小时。我们发现，斯巴鲁-SKA调查可以测量交叉功率谱的后期再电离在$z=6.6$与总信噪比大于5，使得有可能约束的时间和气泡大小在再电离结束。此外，我们发现，将目前的斯巴鲁/PFS调查区域和深度扩大三倍将使总信噪比增加一倍。
2020-03-16 astro-ph.CO astro-ph.GA
Probing helium reionization with kinetic Sunyaev Zel'dovich tomography
本文提出利用动力学 Sunyaev-Zeldovich 层析成像技术，结合 CMB 测量与星系巡天，推断原始氦丰度及氦再电离的时间和持续时间，并预期 Vera Rubin 天文台和 CMB-S4 可实现约 10σ 的高显著性探测。
2022-07-15 astro-ph.CO astro-ph.GA
Probing primordial non-Gaussianity: The 3D Bispectrum of Ly-alpha forest and the redshifted 21-cm signal from the post reionization epoch
我们探讨了使用三维双谱的Ly-alpha森林和红移21厘米的信号从后再电离时代约束原始非高斯的可能性。这两个场都描绘了中性氢的大规模分布，并可能被视为底层暗物质场的示踪剂。本文首先给出了两个任意三维有偏示踪剂的自谱和互谱的一般形式，然后将其应用于具体情况。我们已经模拟了三维Ly-alpha发射通量场作为一个连续的示踪剂采样沿一维串，对应于类星体的视线。对于后再电离21厘米信号，我们使用了线性偏置模型。我们使用Fisher矩阵分析提出的第一个预测的界限上f_{NL}和其他偏置参数使用三维21厘米双谱和其他交叉双谱。f_{NL}的界限取决于调查体积和各种观测噪声。我们考虑了一个类似于BOSS的Ly-alpha巡天，其中类星体的平均数密度为\bar{n} = 10^{-3} Mpc^{-2}，光谱是在2 σ水平上测量的。对于21厘米的信号，我们已经考虑了4000小时的观测与未来的SKA一样的无线电阵列。我们发现在我们的分析中得到的f_{NL}上的界限（6 < Δ f_{NL} < 65）与CMBR和星系巡天是竞争性的。我们还发现，通过结合各种交叉双谱估计，它是可能的约束f_{NL}在一个水平Δ f_{NL} ~ 4.7。对于等边和正交模板，我们分别得到了组合估计量的Δ f_{NL} ^{equ}~17和Δ f_{NL} ^{orth}~13。这对于理解原始扰动产生的机制是很重要的。
2013-04-03 astro-ph.CO gr-qc
Imprints of dark matter-massive neutrino interaction in upcoming post-reionization and galaxy surveys
本研究通过Fisher矩阵与MCMC模拟，分析未来21厘米、星系巡天及CMB任务对暗物质-有质量中微子相互作用强度和总中微子质量的约束能力，发现SKA2及多任务组合约束效果最优。
2023-10-17 astro-ph.CO hep-ph
Probing reionization with the cross power spectrum of 21 cm and near-infrared radiation backgrounds
高红移星系际介质的21 cm辐射与高红移星系的近红外背景光之间的互相关有望成为宇宙再电离的有力探测器。本文研究了再电离阶段的互功率谱。我们采用改进的晕方法导出了密度场的分布，并考虑了恒星形成模型中的两种恒星星族：无金属星和贫金属星。再电离的历史进一步产生一致的电子散射光学深度从宇宙微波背景测量。然后通过收集第一个亮星系中恒星的辐射来估计近红外背景的强度。在大尺度上，我们发现在再电离的早期阶段，21厘米和近红外辐射背景是正相关的。然而，这两个辐射背景迅速成为反相关的再电离进行。当电离氢的平均分数为$\bar{x}_{i}\sim0.9$时，在$\ell\sim1000$处达到的互功率谱的最大绝对值为$|Δ^2_{\rm{21,NIR}}|\sim10^{-4}$ mK nW $\rm{m}^{-2}$ $\rm{sr}^{-1}$。我们发现，SKA可以测量21厘米近红外交叉功率谱与温和的扩展现有的CIBER调查，提供的集成时间独立地加起来为1000和1小时的21厘米和近红外观测，和天空覆盖CIBER调查的分数从$4\times10^{-4}$扩展到0.1。测量作为红移函数的互相关信号提供了关于再电离的有价值的信息，并有助于确认“丢失”的近红外背景的来源。
2014-07-17 astro-ph.CO
Patchy Helium and Hydrogen Reionization from the Kinetic Sunyaev-Zel'dovich Effect and Galaxies
本研究拓展kSZ高阶统计量并提出其与星系巡天的新型交叉关联方法，经联合信息矩阵分析表明，下一代CMB和星系巡天可表征氢再电离的斑块形态并约束氦再电离的红移演化。
2025-06-12 astro-ph.CO astro-ph.GA
Probing the Pre-Reionization Epoch with Molecular Hydrogen Intensity Mapping
氢分子现在被认为是导致第一批恒星和星系形成的原始气体云的主要冷却剂。与分子氢有关的谱线辐射应该是宇宙再电离开始时物质分布的一个很好的示踪剂。在这里，我们提出了在静止帧中红外波长的H2线发射的强度映射映射出的红移z > 10的气体的空间分布。我们计算了几条H2谱线的平均强度和聚类功率谱。我们发现0- 0 S（3）转动谱线在静止波长为9.66微米处是红移范围10 - 30的最亮谱线，在z~15处的强度约为5 - 10 Jy/sr。为了减少天体物理和仪器系统，我们提出了交叉相关的多条线的H2旋转和振动线发射光谱。我们的估计强度可以作为指导规划工具，为未来的中红外光谱任务，如SPICA。
2012-12-12 astro-ph.CO
Probing intergalactic radiation fields during cosmic reionization through gamma-ray absorption
我们讨论了在极高红移（z~5-20）星系际辐射场（IRFs）的γ-γ对产生对高能γ射线的吸收，以及探测宇宙再电离时代的前景。对于演化中的IRF，采用了一个包含第二星族和第三星族恒星的半解析模型，该模型与现有的各种高Z观测结果一致，包括类星体光谱测量，WMAP汤姆森深度约束，近红外源计数限制，我们发现，低于Lyman边能量的紫外IRF的强度在几倍于10^{-19} erg cm^{-2} s^{-1} Hz^{-1} sr^{-1}的范围内，在z~5处可引起高于~12 GeV的明显衰减，在z>~8-10处可降低到~6-8 GeV。这可以通过费米伽马射线太空望远镜或下一代设施如切伦科夫望远镜阵列、高级伽马射线成像系统或5@5在耀变体或伽马射线暴的光谱中观察到，为早期恒星形成和宇宙再电离提供了宝贵的见解。
2010-01-25 astro-ph.CO astro-ph.HE
CMB constraints on a physical model of reionization
我们研究允许再电离历史的约束条件，通过比较预测的物理半数值模型与二次温度和极化各向异性的宇宙微波背景（CMB）。我们的模型有四个自由参数表征电离效率$ζ$和最小质量$M_{\mathrm{min}}$的晕，可以产生电离辐射的演变。将模型预测与目前可用的光学深度$τ$和运动学Sunyaev-Zeldovich信号数据进行比较，我们发现我们已经可以排除参数空间的一个重要区域。我们限制了再电离$Δz=1.30^{+0.19}_{-0.60}$的持续时间（$99\%$ C.L.的$Δz < 2.9$），这是对参数最严格的限制之一。这些限制条件略微有利于$M_{\mathrm{min}} \gtrsim 10^9 \mathrm{M}_{\odot}$（在$68\%$ C.L.）在$z \sim 8$，从而表明存在再电离反馈。我们的分析提供了在$99\%$ C.L.处的二次$B$模式振幅$D_{l=200}^{BB}<18$ nK $^2$的上限。我们还研究了如何在即将到来的空间和地面CMB任务中进一步收紧限制。我们的研究仅依赖于CMB数据，不仅对即将到来的CMB探测原始引力波的调查有影响，而且对红移21 cm的研究也有影响。
2020-11-16 astro-ph.CO
Probing Reionization with Intensity Mapping of Molecular and Fine Structure Lines
我们提出的分子气体分布在再电离时代的意见。在$z \sim $ 6至8处，$^{12}$ CO $(J=1-0)$线强度导致约0.5 $μ$ K的平均亮度温度，在1至10 Mpc空间尺度（对应于30弧分角尺度）处具有0.1 $μ$ K的均方根波动。这种强度波动可以用干涉仪来绘制，类似于现有的和计划中的21厘米背景实验，但工作在$\sim$ 12至17 GHz。我们讨论了检测HI和CO分子气体之间的互相关的可行性，因为这样的互相关具有的优点，它将是独立的系统和最前景的21厘米和CO $(1-0)$线实验。额外的仪器调谐到高阶跃迁的CO分子或仪器操作的高光谱分辨率在毫米波长的目标158 $μ$ m CII可以进一步提高再电离的研究与分子气体。结合21厘米和CO线观测有可能建立星系间介质中气体和分子气体的相对分布，这些气体聚集在与这些星系中大质量恒星的形成密切相关的单个第一光星系中。
2011-01-14 astro-ph.CO
Probing the epoch of pre-reionization by cross-correlating cosmic microwave and infrared background anisotropies
第一颗恒星形成的时期和当时星系际介质（IGM）的状态无法用现有的望远镜直接观测。来自这些早期来源的辐射现在是宇宙红外背景（CIB）的一部分，并且当这些来源吸收它们周围的气体时，IGM等离子体将通过热Sunyaev-Zeldovich（TSZ）效应在宇宙微波背景（CMB）中产生微弱的温度各向异性。虽然这些TSZ各向异性太微弱，无法检测到，我们表明，交叉相关的源减去CIB波动从{ \it欧几里得}的地图，适当构造的微波地图在不同的频率可以探测的物理状态的气体在再电离和测试/约束模型的早期CIB源。我们识别了来自空间和地面仪器的频率组合的CMB减去的微波图，以表明它们可以与即将到来的全天空{ \it Euclid} CIB图交叉相关，以检测尺度为$\sim 5'-60'$的交叉功率，其中信号/噪声高达$S/N\sim 4-8$，这取决于这些预再电离时期对汤姆逊光学深度的贡献（$Δτ\simeq 0.05$）和IGM的温度（高达$\sim10^4$ K）。这样的测量将为探索这些第一光源的出现和物理特性提供一个新的窗口。
2014-11-07 astro-ph.CO
HeII Ly$α$ Transmission Spikes and Absorption Troughs in Eight High-resolution Spectra Probing the End of HeII Reionization
利用哈勃太空望远镜上的宇宙起源摄谱仪获得的8个HeII透明类星体的存档高分辨率（$R=λ/Δλ\simeq 12,500$ - $18,000$）远紫外光谱，我们统计了HeII Lya透射尖峰和大尺度吸收谷。该样品覆盖了红移范围2.5<z<3.8，从而探测了在HeII再电离时期结束时快速演变的HeII吸收。测量到的槽的长度从z>3时的L>100cMpc急剧减小到z~2.7时的L~ 30 cMpc，表明在这些红移处HeII再电离的显著进展。此外，在z~2.9处检测到的L~ 65 cMpc槽长得出乎意料，表明紫外背景的波动尺度比现有模型预测的要大。通过将测量到的透射峰的入射率与根据（146 cMpc）^[3]光学薄Nyx流体动力学模拟的输出（采用不同的紫外背景模型）建立的前向模拟光谱的预测值进行比较，我们推断出了HeII光电离率$Γ_\mathrm{He\,II}(z)$的红移演化。光电离率随着红移的增加而降低，从z~2.6的$\simeq 4.6\times 10^{-15}\mathrm{\,s^{-1}}$到z~3.2的$\simeq 1.2 \times 10^{-15}\mathrm{\,s^{-1}}$，与以前从HeII有效光学深度的推断一致，并遵循当前波动的HeII电离背景模型的预期趋势。
2022-02-09 astro-ph.CO
Prospects for Probing Feedback from the First Black Holes and Stars During Reionization
从黑暗时代和再电离之间的宇宙早期（即，z>6，nu<200 MHz）探测第一批恒星和类星体反馈效应的方法。通过HI层析成像，我们有可能确定氢在宇宙中的分布，并限制第一批恒星和黑洞的诞生。这样的观测也可能限制暴胀的性质和第一颗恒星形成开始之前的任何外来加热机制（例如，暗物质衰变）。在30 ~ 200 MHz的不同频率范围内，由于宇宙的膨胀和恒星和/或黑洞的点燃，宇宙微波背景辐射和自旋温度之间的相对平衡发生变化，电离后的全球（全天空）HI信号具有明显的特征。一个技术路线图，以接近这些意见，开始与地基阵列和结束的低频无线电阵列在月球背面的描述。
2009-08-20 astro-ph.CO
Probing dark energy using anisotropies in the clustering of post-EoR HI distribution
本文提出将再电离后HI 21-cm信号的各向异性作为暗能量探针，利用其BAO特征测量哈勃参数和角直径距离，并验证了含负宇宙学常数的quintessence暗能量模型与未来观测相符。
2024-05-06 astro-ph.CO gr-qc
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
Probing the thermal history during reionization using a semi-numerical photon-conserving code SCRIPT
星系际介质（IGM）在再电离时期的电离和热状态一直是最近的兴趣，因为它们与第一批恒星的密切联系。我们在本文中提出了一个半数值代码，计算大规模的温度和电离氢场在宇宙学上的代表性体积占补丁在这些数量所产生的再电离。该代码是对先前开发的用于研究电离区域生长的版本的扩展，即光子守恒的再电离半数值代码（Semi Numerical Code for Reionization with Photon Conservation，缩写为WNTT）。在本版本中的主要补充是非均匀重组，这是必不可少的温度计算。这种扩展版本的RECT还实现了再电离期间光加热的物理后果，例如，辐射反馈这些增强功能使我们能够预测早期版本不可行的观测值。其中包括星系的紫外光度函数的暗端（这可能受到辐射反馈的影响）和低密度IGM在$z\sim 6$的温度-密度关系。我们研究了不同的自由参数和处方我们的模型上的各种可观的效果。我们的分析的结论是，它应该是可能的，把约束的IGM的热和电离状态的演化使用现有的观测占所有可能的变化的自由参数。参数空间的详细探索将在未来进行。
2022-01-25 astro-ph.CO astro-ph.GA
The importance of galaxy formation histories in models of reionization
即将到来的星系巡天和21厘米的实验，针对高红移$z\gtrsim 6$是高度互补的探测星系形成和再电离。然而，为了加快21厘米观测相关的大体积模拟，许多模型的星系内的再电离代码是完全亚网格和/或依赖于晕丰度。在这项工作中，我们将探讨在何种程度上解决和建模个人星系形成的历史影响预测的星系人口检测即将到来的调查和即将到来的21厘米实验的再电离的签名。我们发现，一个共同的方法，其中星系光度被假定为一个函数的晕质量只，是有偏见的模型，其中星系的属性是通过半解析建模，从而反映了多样性的组装历史，自然出现在$N$体模拟通过时间演变。星系形成历史的多样性也导致了这样的场景：最明亮的星系\textit{not}总是位于大的电离区的中心，因为通常有相对低质量的晕正在经历戏剧性的，但短期的，增长。这对于通过互相关检测或验证21 cm背景的尝试具有明确的意义。最后，我们表明，一种混合的方法-其中只有晕托管星系足够明亮，在调查中检测到的详细建模，其余的建模为一个未解决的领域的晕与丰富的大规模的密度-是一种可行的方式来产生大容量的“模拟”非常适合于广域调查和当前一代21厘米的实验，针对相对较大的$k \lesssim 1 \ h \ \text{Mpc}^{-1}$尺度。
2021-07-13 astro-ph.CO astro-ph.GA
Probing the Epoch of Reionization with Milky Way Satellites
虽然高红移恒星形成和本地宇宙之间的联系最近已被用来了解在银河系（MW）晕中观测到的微弱矮星系的人口，我们探讨如何以及这些附近的物体可以探测第一光的时代。我们构建了一个详细的，物理动机的MW卫星模型的基础上，国家的最先进的通过Lactea II暗物质模拟。我们的模型考虑了低质量系统中的分子氢冷却和银河系内部再电离过程中的非均匀光热反馈。我们发现，比M_V ~ -5更暗的MW卫星的存在是低质量晕中H_2冷却的有力证据，而M_V ~-5> -9的卫星则受到氢冷却和光加热反馈的影响。非常低光度系统中恒星的年龄和这些卫星的最小光度是我们模型的关键预测。大多数居住在最明亮的MW卫星上的恒星可能是在再电离时期之后形成的。我们的模型还预测了M_300值的离散度要比观测到的大得多，并且预测了一些M_300质量低至10^6太阳质量的发光卫星。
2009-09-10 astro-ph.CO astro-ph.GA
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$\log_…
2021-09-13 astro-ph.CO
HST/COS Observations of the Quasar Q0302-003: Probing the He II Reionization Epoch and QSO Proximity Effects
Q 0302 -003（$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
Probing Quintessence using BAO imprint on the cross-correlation of weak lensing and post-reionization HI 21 cm signal
在这项工作中，我们调查的可能性，限制解冻的Quintessence标量场模型的暗能量。我们提出利用重子声振荡（BAO）对再电离后21 cm信号和星系弱透镜会聚场的互相关的影响，用层析成像方法测量角直径距离$D_A(z)$和哈勃参数$H(z)$ .然后，这些量的预测误差用于约束Quintessence模型参数。我们发现，在四个观测频率$916 $ MHz，$650$ MHz，$520$ MHz和$430 $ MHz的独立$600$小时无线电干涉观测与深弱透镜调查覆盖半边天交叉相关，可以测量分组的$D_A$和$H$在百分之几的灵敏度水平。对幂律解冻的Quintessence模型的Monte Carlo分析给出了初始斜率$λ_i$、暗能量密度参数$Ω_{ϕ0}$和势$Γ$形状的$1-σ$边缘化边界分别为8.63%、10.08%和9.75%。当与SN和其他探针进行联合分析时，约束分别提高到7.66%、4.39%和5.86%。
2022-07-06 astro-ph.CO
Probing reionization using quasar near-zones at redshift z ~ 6
利用流体动力学模拟和辐射转移程序，研究了$z\sim 6$类星体在其近区产生的星系际介质（IGM）中的附加加热效应。如果氦在HeII中占主导地位，IGM有效状态方程的归一化（$T_0$）和斜率（$γ$）都会被类星体的过度电离所修改。使用现有的限制$T_0$在$z\sim6$，我们讨论了HI和HeII再电离的性质和时代的影响。我们研究了HeIII区域的范围与类星体年龄的函数关系，并表明，对于$z \sim 6$类星体的典型推断年龄（即$\sim 10^8$年），它延伸到HI邻近区域的80%。对于这些长寿命，即使使用来自邻近区域的所有HI线，也可以检测到加热效应。使用通量和曲率概率分布函数（PDF），我们研究了作为IGM中初始物理条件的函数的加热效应的统计可探测性。对于目前的样本量，宇宙方差占主导地位的通量PDF。曲率统计更适合于捕捉宇宙方差之外的加热效应，即使样本量是目前可用的一半。
2014-07-16 astro-ph.CO
Probing the end of reionization with the near-zones of z > 6 QSOs
类星体近区是探测电离层再电离结束时z ~ 6-7处电离状态的重要探测器。我们在这里提出了高分辨率的宇宙学三维辐射转移模拟类星体环境的主机晕质量，10 $^{10-12.5}$ M_sun。我们的模拟近区再现了在6 < z < 7处观察到的近区尺寸的总体减小及其分散。在我们的模拟中，可观察到的近区性质仅非常微弱地依赖于宿主晕的质量。扩展到IGM的H II区域的大小通常受到与（低质量）暗物质晕松散相关的（超）莱曼极限系统的限制。这导致了近区大小对方向的强烈依赖，并驱动了观察到的大散射。在以我们最大质量的宿主晕为中心的模拟中，即使初始体积平均中性氢分数低至~ 10 $^{-3}$，许多视线也显示出强烈的红色阻尼翼。对于类星体的寿命足够长，以允许增长的中央超大质量黑洞，而光学明亮，我们可以重现所观察到的近区的ULAS J1120+0641只有一个IGM，最初是中性的。我们的研究结果表明，z > 7类星体的较大样本将提供重要的限制中性氢分数的演变，从而对如何晚再电离结束。
2016-08-23 astro-ph.CO
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
Probing the intergalactic medium during the Epoch of Reionization using 21-cm signal power spectra
该研究利用数值模拟和八参数模型，从21厘米信号功率谱中提取星系际介质电离状态信息，不依赖源模型，可有效约束再电离场景。
2024-04-17 astro-ph.CO
The Precision Array for Probing the Epoch of Reionization: 8 Station Results
我们正在开发探测再电离时代的精密阵列（PAPER），以探测早期宇宙的21厘米发射，当时第一批恒星和星系正在形成。我们描述了整体实验策略和架构，并总结了两个纸部署：一个4天线阵列在低RFI环境中的西澳大利亚州和8天线阵列在我们的原型网站在绿银行，西弗吉尼亚州。从这些活动中，我们报告的系统性能，包括初级波束模型验证，系统增益对环境温度的依赖性，接收器和整个系统的温度测量，并在每个部署地点的RFI环境的特性。我们提出了一个全天空地图之间的合成139 MHz和174 MHz使用两个阵列的数据，达到80 mJy（4.9 K，在154 MHz的光束大小为2.15e-5球面度），与10 mJy（620 mK）的热噪声水平，这表明什么将是更好的前景减法实现。我们计算角功率谱（$C_\ell$）在一个寒冷的补丁，并确定他们占主导地位的点源，但与银河系同步辐射在较低的射频和角波模的贡献。虽然宇宙的前景方差占主导地位的错误，在这些功率谱，我们测量的热噪声水平为310 mK在$\ell=100$为中心的1.46 MHz频段在164.5 MHz。这种灵敏度水平大约是三个数量级的温度以上的波动水平在21厘米发射与再电离。
2009-05-27 astro-ph.CO
Probing the primordial Universe with 21-cm line from cosmic dawn/epoch of reionization
在宇宙最遥远的地方，中性氢的21厘米超精细跃迁是唯一可以用来示踪大尺度结构的物质。许多仪器已经工作并计划测量21厘米线信号，特别是，探测全球EoR信号的实验（EDGES）最近报告了第一次探测到吸收信号，这对应于再电离（EoR）时期的21厘米线全球信号。未来的大型射电望远镜，平方公里阵列（SKA）将能够提供21厘米线发射/吸收信号的高精度测量。本文综述了从EoR到暗时代的21 cm线全球信号和涨落信号的研究现状，总结了由最近的EDGES结果和SKA未来的观测所激发的我们如何探测原始宇宙的最新研究。我们重点讨论了两个应用的约束宇宙学的EDGES结果：对原始磁场和原始功率谱的约束。我们还讨论了潜在的未来SKA探测的暴胀宇宙，通过讨论预期的约束的原始功率谱，其绝热性，和原始的非高斯性从未来的观测21厘米波动。
2023-03-14 astro-ph.CO hep-th
Probing the Epoch of Reionization with Low Frequency Arrays
再电离时代（EoR）是宇宙中氢在“黑暗时代”之后重新出现的时代。这是宇宙中氢所经历的两个主要相变中的第二个，第一个阶段是氢在红移约1100处变成中性的复合时代。EoR发生在z = 10附近，可能是由第一个辐射发射天体物理源引起的，因此它对我们理解宇宙何时以及如何“决定”开始形成天体物理对象以及如何影响宇宙中随后的结构形成至关重要。因此，EoR与宇宙学中的许多基本问题有关，星系形成，类星体和非常贫金属的恒星;所有这些都是现代天体物理学中最重要的研究问题。红移的21 cm超精细谱线被广泛认为是详细研究EoR的最有前途的探针。在不久的将来，一些低频射电望远镜（LOFAR、MWA、GMRT和SKA）将能够观测到来自高红移宇宙的21厘米辐射。在本文中，我提出了我们目前的电离过程的图片，审查21厘米线物理和讨论的挑战，目前的一代实验预计将面临的。最后，我讨论了SKA在探索EoR和宇宙的黑暗时代的潜力。
2010-02-13 astro-ph.CO
Simulated differential observations of the Sunyaev-Zel'dovich Effect: Probing the Dark Ages and Epoch of Reionization
本工作提出了一种分析方法来研究宇宙学21厘米背景信号从黑暗时代（DA）和随后的时代的再电离（EoR）。我们模拟了一个星系团的差分观测，以演示如何用一种称为SZE-21 cm的特殊形式的Sunyaev-Zel'dovich效应来研究这些时代。这项工作产生了SZE-21 cm的模拟地图，并表明SZE-21 cm可以从未来的观测中提取，如氢时代再电离阵列（HERA）和平方公里阵列（SKA）。为了模拟接近现实的场景，我们研究宇宙方差噪声，纳入并考虑前景，热噪声和角分辨率的影响，为我们的模拟观测。我们进一步扩展这种探索平均超过一个样本的星系团，以减轻宇宙方差和仪器噪声的影响。点源污染的影响也进行了研究。最后，我们将这种技术应用于EDGES合作的结果，该合作在2018年报告了以78 MHz为中心的全球21 cm背景信号的吸收特征。为了实现这项工作的目标，需要解决的挑战包括由于宇宙变化、仪器噪声和点源污染而产生的误差。我们的方法证明了SZE-21 cm作为DA和EoR的间接探测器的潜力，并且我们得出结论，SZE-21 cm的光谱特征从我们的模拟观测中产生的结果接近先前的理论预测，并且SZE-21 cm可以用于测试EDGES探测的有效性。
2020-12-11 astro-ph.CO
Probing reionization with LOFAR using 21-cm redshift space distortions
研究再电离时代（EoR）最有希望的方法之一是通过对中性氢红移21厘米线发射的射电观测。这些观测结果由于红移到视线位置的映射被气体的特殊速度扭曲而变得复杂。如果不能正确理解，这种扭曲可能是错误的来源，但它们也编码了宇宙学和天体物理学的信息。利用大尺度$N$ -体和辐射转移模拟研究了红移空间畸变对EoR 21 cm辐射功率谱的影响。我们量化的各向异性引入的21厘米功率谱的红移空间扭曲，并显示它是如何演变的再电离的进展，以及它是如何与底层的物理。我们继续研究红移空间失真对LOFAR观测的影响，同时考虑仪器噪声和前景减法。我们发现，LOFAR应该能够直接观察到的功率谱各向异性，由于红移的空间失真在空间尺度约$k \sim 0.1$兆位数$^{-1}$后，$\gtrsim$ 1000小时的积分时间。在较大尺度下，样本误差成为限制因素，而在较小尺度下，检测器噪声和前景使信号的提取成为问题。最后，我们展示了如何包含在21厘米功率谱的各向异性的演变中的天体物理信息可以从LOFAR观测中提取，以及它如何可以用来区分不同的再电离方案。
2013-07-19 astro-ph.CO
Probing Cosmic Reionization and Molecular Gas Growth with TIME
线强度测绘（LIM）通过测量所有星系在红移范围内的聚集线辐射，为探索宇宙结构提供了一种独特而有力的手段。该方法是补充传统的星系红移调查是基于对象和要求精致的点源灵敏度。电离碳层析成像测绘实验（TIME）将通过观测LIM区红移的[CII] 158 $μ$ m线（$6 \lesssim z \lesssim 9$）来测量宇宙再电离期间的恒星形成率（SFR）。《时代》杂志将通过观测$0.5 \lesssim z \lesssim 2$星系发出的旋转CO谱线，同时研究恒星形成高峰时期分子气体的丰度。我们提出的建模框架，预测的约束力量的时间上的一些观测，包括线光度函数，和自相关和互相关功率谱，包括协同作用与外部星系示踪剂。基于一个优化的调查策略和基准模型参数的现有观测信息，我们预测的物理量有关的再电离和星系演化的约束条件，如逃逸的电离光子在再电离过程中的分数，在高红移星系光度函数的暗端斜率，和宇宙中午的宇宙分子气体密度。我们讨论了这些约束如何能够促进我们对宇宙学星系演化的理解，从2021年开始，在两个不同的宇宙时代，以及如何在未来的实验阶段中改进它们。
2021-05-29 astro-ph.CO astro-ph.GA
Probing Reionization up to the Mark: The Marked Power Spectrum to unveil the HI 21-cm signal from the EoR
Indian Institute of Technology Indore（印度技术学院印多尔分校）；McGill University（麦吉尔大学）；INAF–Astronomical Observatory of Trieste（意大利国家天体物理研究所的里雅斯特天文台）；IFPU–Institute for Fundamental Physics of the Universe（宇宙基础物理研究所）
本文研究了标记统计作为探测再电离时期HI 21厘米信号的替代框架，通过引入定制的标记函数，展示了如何利用标记功率谱和标记场功率谱提取更多非高斯信息，从而提高对再电离模型参数的统计约束能力。
2026-05-18 astro-ph.CO
Mitigating the optical depth degeneracy using the kinematic Sunyaev-Zel'dovich effect with CMB-S4
再电离时代是宇宙历史上的主要相变之一，并且是正在进行和即将进行的宇宙微波背景（CMB）实验的焦点，其对小尺度波动的灵敏度有所提高。再电离也代表了一个显着的污染物CMB导出的宇宙学参数约束，由于退化之间的汤姆逊散射光学深度，$τ$，和标量扰动的幅度，$A_s$。这种简并性随后阻碍了大尺度结构数据约束中微子质量总和的能力，这是21世纪20年代宇宙学的主要目标。在这项工作中，我们探讨了运动学Sunyaev-Zel'dovich（kSZ）效应作为再电离的探针，并表明它可以用来减轻光学深度简并与即将到来的CMB-S4实验的高灵敏度，高分辨率的数据。我们讨论了依赖于物理再电离模型参数的kSZ功率谱，以及经验再电离参数，即$τ$和再电离的持续时间，$Δz$。我们表明，通过结合kSZ两点函数和重建的kSZ四点函数，$τ$和$Δz$之间的退化可以被强烈地打破，产生两个参数的严格约束。我们预测的CMB-S4和普朗克数据的组合，包括前景和大气噪声的详细处理的$σ(τ) = 0.003$和$σ(Δz) = 0.25$。对$τ$的约束几乎与从大角度CMB偏振数据获得的宇宙方差极限相同。因此，kSZ效应不仅有望产生关于再电离时期的详细信息，而且还可以对中微子质量进行高精度的宇宙学约束。
2020-06-11 astro-ph.CO
Foreground and sensitivity analysis for broad band (2D) 21cm--Ly-alpha and 21cm--H-alpha correlation experiments probing the Epoch of Reionization
探测到21厘米与再电离时期（EOR）的Ly-alpha或H-alpha之间的预测关系将是对第一个星系的有力探测。虽然3D强度图在低k_ \parallel模式下隔离前景，但红外测量还不能与无线电强度图实验的视场和红移分辨率相匹配。相反，2D（即，宽带）红外强度图可以用当前的实验来测量，并且受到前景而不是光子或热噪声的限制。我们发现，二维实验可以测量k<0.2 Mpc^-1时的大部分三维涨落功率，同时保持其相关性。然而，我们发现前景带来了两个挑战：（1）简单的几何效应产生射电和红外通量之间的相关性，即使它们的光度是不相关的;（2）射电和红外前景残差贡献样本方差噪声的交叉频谱。第一个挑战需要更好的前景掩蔽和减法，而第二个挑战需要大视场来平均不相关的无线电和红外功率。利用默奇森宽场天线阵的射电观测和小行星陆地撞击最后警报系统的近红外观测，我们将z \sim 7处21 cm-Ly-alpha交叉功率谱的剩余前景上限设定为Δ^2<181 kJy/sr * mK（95\%），\ell \sim 800。我们预测了未来实验中前景相关性和样本方差噪声的水平，表明更高分辨率的调查，如LOFAR，SKA-LOW和暗能量调查可以开始探测21 cm-LyαEOR交叉光谱的模型。
2017-11-02 astro-ph.CO
Probing ionized bubbles around luminous sources during reionization with SKA 21-cm observations
Jadavpur University（贾达普大学）；Indian Institute of Technology Indore（印度印多尔理工学院）；The Open University of Israel（以色列开放大学）；Indian Institute of Technology Madras（印度马德拉斯理工学院）
利用SKA 21厘米观测探测再电离时期电离气泡，提出高效估计器和非参数前缀减法方法，推导SNR与气泡参数的标度关系，验证SKA1-Low对电离区域的表征可行性。
2026-01-06 astro-ph.CO
Probing Patchy Reionization with the Void Probability Function of Lyman-$α$ Emitters
我们探讨什么样的约束，全球电离氢分数的空概率函数（VPF）聚类可以给莱曼-阿尔法Galerkin在再电离时代（LAGER）的窄带调查作为一个功能的区域。中性氢对莱曼α发射的作用就像雾一样，测量莱曼$α$发射体（LAEs）的光度函数下降已被用来限制窄带巡天中的电离分数。然而，LAEs的聚集与光度函数的内在演化无关，并且可以为不同模型下的再电离提供额外的约束。VPF测量给定圆为空的可能性。它是一种体积平均聚类统计量，可跟踪高阶相关性的行为，其简单性为规划调查提供了有用的框架。利用\citet{Jensen2014}方法对不同电离量的星系际介质中LAEs的模拟，我们预测了LAGER成像的一个（301 × 150.5 × 30 Mpc $^3$）、四个（5.44 $\times 10^6$ Mpc $^3$）和八个（1.1 $\times 10^7$ $^3$）场中VPF的行为。我们研究的VPF在5和13弧分，对应的最小规模暗示的LAE密度和分离的二维VPF从随机的，和最大规模从8场15.5度$^2$ LAGER地区。我们发现，即使是一个单一的DECam领域的LAGER（2-3度$^2$）可以区分大多数中性与电离。此外，我们发现四个场可以区分30%、50%和95%的电离;八个场甚至可以区分30%、50%、73%和95%的电离。
2022-10-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
Probing individual sources during reionization and cosmic dawn using SKA HI 21-cm observations
通过HI 21 cm信号中的特征信号探测再电离期和宇宙黎明期的单个光源是探测再电离期的直接途径之一。在这里，我们总结了我们以前的工作，并提出了初步结果的前景，使用SKA 1-低实验检测这样的来源。我们首先讨论了预期的HI 21厘米信号在不同阶段的再电离和宇宙黎明的发光源周围。然后，我们介绍了两个基于可见性的估计检测这样的信号：一个基于匹配滤波技术和其他依赖于简单地结合从不同的基线和频率通道的可见性信号。我们发现SKA 1-low应该能够探测到半径为$R_b \gtrsim 10$ Mpc的电离泡，在红移$z \sim 8$处观测到$\sim 100$ hr，只要平均外中性氢分数$ x_{\rm HI} \gtrsim 0.5$。我们还研究了在已知明亮的类星体周围探测HII区域的可能性，例如Mortlock等人在2011年发现的ULASJ 1120 +0641。我们发现，如果类星体年龄和外部$ x_{\rm HI} $至少分别为$\sim 2 \times 10^7$ Myr和$\sim 0.2$，则用SKA 1-low观测的$600$ hr探测$5 σ$是可能的。最后，我们研究了在宇宙黎明期间探测第一个X射线和Ly-PDMATHAMV源的可能性。我们认为小型类星体一样的来源，在X射线频段发射。我们发现，与总的$\sim 1000$小时的观察，SKA 1-低应该能够检测到这些源单独与…
2016-10-26 astro-ph.CO
Fast Radio Burst Dispersion Measure Distribution as a Probe of Helium Reionization
快速射电暴（FRB）的发现正在迅速发生，预计即将进行的调查将发现数千个。FRB观测到的色散测度（DM）包含了从发射红移到今天宇宙距离和宇宙电离状态的重要信息。而不是考虑DM-红移关系，我们调查的色散措施的分布的统计系综。我们探索使用这种丰富的信息，有和没有红移的信息，探测氦再电离。通过对FRB巡天样本的蒙特卡罗模拟，我们研究了不同的源红移分布、宿主星系模型、突然再电离与逐渐再电离以及与宇宙学参数的协方差对氦再电离性质的影响。我们发现，一个注量有限的调查与10 $^4$ FRB可以区分不同的氦再电离历史在$\sim6σ$使用DM分布的爆发，没有红移信息（和$\sim10σ$与红移）。
2020-10-27 astro-ph.CO astro-ph.HE
The redshifted HI 21 cm signal from the post-reionization epoch: Cross-correlations with other cosmological probes
利用红移21 cm观测数据对HI进行层析成像，为我们理解宇宙学背景演化和结构形成打开了一扇新的窗口。这是包括平方公里阵列（SKA）在内的几个即将到来的射电望远镜的关键科学目标。在这篇文章中，我们专注于再电离后的信号，并研究了21厘米信号与其他示踪剂的大尺度结构的互相关。我们认为，交叉相关的后再电离21厘米信号与莱曼α森林，莱曼破裂星系和晚时间各向异性的CMBR地图，如弱透镜和集成的萨克斯沃尔夫效应。我们研究了探测信号的可行性，并探讨了使用它获得宇宙学模型约束的可能性。
2016-10-26 astro-ph.CO
Probing the Reionization History and Bubble Sizes with JWST Lyman-$α$ Fraction Measurements
University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）；Northwestern University（西北大学）
本研究利用JWST的Ly-α分数测量，结合THESAN模拟和半解析模型，约束再电离历史与电离泡尺寸，得出z~7-11处中性氢分数界限，验证了模型与观测的一致性。
2026-10-01 astro-ph.CO astro-ph.GA
The clustering of Lyman alpha emitters at z=7: implications for reionization and host halo masses
高红移星系的Ly $α$线已经成为早期星系演化和再电离时代（EoR）的有力探测器。受斯巴鲁超级超级凸轮（HSC）即将进行的宽视场调查的启发，我们研究了窄带选择的角关联函数（ACF），$z\approx7$ Ly $α$发射星系（LAEs）。LAEs的聚集由两个因素决定：（i）它们典型的宿主晕质量$\bar{M}_{\rm h}$;（ii）由于斑片状EoR的吸收，其特征在于星系际介质的平均中性分数$\bar{x}_{\rm HI}$。我们通过探索物理EoR模型中固有的Ly $α$发射和宇宙电离补丁的大尺度模式（即形态学）的极端情况，将允许的LAE ACF括起来。与EoR形态无关，当前的$z\approx 7$ ACF测量限制了$\bar{x}_{\rm HI}\lesssim 0.5$（1- $σ$）。我们还发现，目前观测到的ACF的低值意味着LAE由相对较小的暗物质晕托管：$\bar{M}_{\rm h} \lesssim 10^{10} M_{\odot}$，相应的占空比$\lesssim$为百分之几。这些值比颜色选择的Lyman break星系的类似值低一个数量级以上，这表明$z\approx 7$窄带LAEs搜索优先选择年轻的恒星爆发星系，存在于质量较小的光环中即将到来的HSC超深战役将显著改善对EoR和LAE主机晕的限制。
2015-09-09 astro-ph.CO
Probing power spectrum enhancement at small scales with the SKA
National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences（中国科学院国家天文台）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Sun Yat-sen University（中山大学）
研究小尺度功率谱增强对再电离历史和离子化场形态的影响，利用21厘米信号探测小尺度功率谱，SKA望远镜有望深入探测。
2026-04-04 astro-ph.CO
Spectroscopic confirmation of z~7 LBGs: probing the earliest galaxies and the epoch of reionization
我们在ESO/VLT上展示了FORS 2超深光谱活动的最终结果，以确认从我们的VLT/Hawk-I成像调查中选择的三个独立领域的z~7“z-波段脱落”候选者。我们特别报道了在NTT深场中新发现的两个红移约为6.7的星系：这两个星系都显示出Ly-alpha发射线，其静止坐标系EW为15-20 A量级，光度为2-4 X 10^{42} erg/s。我们还提出了一个样本的i-dropout星系的超深观测的结果，从中我们设置了一个坚实的上限的分数的闯入者。在观察到的20个z-dropout中，我们确认了5个星系在6.7 < z < 7.1。这系统地低于根据较低红移观测得出的预期：特别是有一个显着缺乏对象与中间Ly-alpha EW（20和55 A之间）。我们的结论是LBG中Ly-alpha发射的分数从z~3到z~6不断增加的趋势很可能从z~6到z~7反转。解释观测到的LAE分数在辍学人口与再电离之间的快速变化需要一个快速演变的中性部分的氢在宇宙中。假设宇宙在z=6时完全电离，并采用Dijkstra et al.（2011）的半解析模型，我们发现我们的数据要求中性氢分数在时间Δ z ~ 1内发生Δ chi_{HI} ~ 0.6量级的变化，前提是逃逸分数在相同的红移间隔内没有显著增加。
2011-07-07 astro-ph.CO
Emission-Line Galaxies from the Hubble Space Telescope Probing Evolution and Reionization Spectroscopically (PEARS) Grism Survey. II: The Complete Sample
我们提出了一个全面的分析，探测演化和再电离光谱（PEARS）slitess棱镜光谱数据与高级相机的调查HST。PEARS涵盖了大天文台起源深度巡天（GOODS）南北两个领域，使其成为星系随机巡天的理想选择，以及各种辅助观测的可用性，以支持光谱结果。使用PEARS数据，我们能够识别红移量0< z<1.5的恒星形成星系。PEARS调查中的恒星形成区域是独立于宿主星系的。这种方法使我们能够检测到一个星系内的多个发射线区域（ELR）的存在。在PEARS样本的~906个星系中，已经发现了1162 Ha、[OIII]和/或[OII]发射线，其极限通量为~ 1 e-18 erg/s/cm ^2。ELR也与宿主星系的性质进行了比较，包括形态，光度和质量。从这个分析中，我们发现了三个关键的结果：1）计算的线光度显示了随着红移增加光度函数变平的证据; 2）恒星形成系统显示了扰动形态的证据，恒星形成主要发生在一个有效（半光）半径内。3）在z<0.5时，M * > 1 e9} Msun的成星星系数密度比0.5<z<0.9时的成星星系数密度减少了一个数量级，支持星系缩小的论点。
2013-06-12 astro-ph.CO astro-ph.GA
Optimal core baseline design and observing strategy for probing the astrophysics of reionization with the SKA
随着平方公里阵列（SKA 1）的第一阶段进入最后的预建设阶段，我们研究如何最大限度地提高其科学回报。具体来说，我们专注于统计测量的21厘米功率谱（PS）的再电离时代（EoR）使用低频阵列，SKA 1-低。为了方便这项调查，我们使用最近开发的MCMC为基础的EoR分析工具21 CMMC（格雷格和梅辛格）。鉴于最近成本降低了50%，我们考虑了几种不同的SKA核心基线设计，改变了：（一）天线站的数量;（二）每个站的偶极子数量;以及（三）基线长度的分布。我们发现，一个设计与减少每个核心站的偶极子数量（增加的视野和核心站的总数），连同缩短基线，最大限度地恢复EoR信号。有了这个最佳的基线设计，我们调查三个观察策略，分析降低仪器的热噪声对增加视野之间的权衡。SKA 1-low计划执行三层观测方法，包括1000 h时的深100 deg $^{2}$、100 h时的中深1000 deg $^{2}$和10 h时的浅10，000 deg $^{2}$。我们发现，这三种观测策略的结果在可比的（$\lesssim$ %）约束我们的EOR天体物理参数。这与纯粹基于总信噪比的天真预测相反，因此突出了使用EoR参数约束作为品质因数的必要性，以便最大限度地提高下一代干涉仪的科学回报。
2015-09-10 astro-ph.CO astro-ph.GA
SARAS 2: A Spectral Radiometer for probing Cosmic Dawn and the Epoch of Reionization through detection of the global 21 cm signal
来自宇宙黎明（CD）和再电离时代（EoR）的全球21厘米信号，在红移$z \sim 6-30$，探测第一辐射源的性质以及银河系间介质（IGM）的物理学。由于该信号被预测为极其微弱，具有宽的分数带宽，并且位于由银河系和河外前景以及射频干扰主导的频率范围内，信号的检测是一项艰巨的任务。实验的关键是通过仪器表示天空信号的方式。设计一个光谱带通和附加杂散可以很好校准的系统，并且任何校准残差都不会模拟信号，这是非常重要的。SARAS是一项正在进行的实验，旨在探测全球21厘米信号。在这里，我们提出的SARAS 2系统的设计理念，并讨论其性能和局限性的基础上，实验室和现场测量。实验室测试结果表明，天线的增益校准和内部添加剂的建模没有留下幅度超过2 mK的傅立叶残差，也没有留下幅度超过2 mK的25 MHz宽度的高斯残差。因此，即使考虑到天线的反射和辐射效率损失，SARAS~2系统也能够探测到复杂的21厘米剖面，其水平与目前流行的热重子演化模型所预测的水平相同。
2017-10-03 astro-ph.CO astro-ph.IM
Probing the Epoch of Reionization using synergies of line intensity mapping
本文回顾了利用线条强度映射技术研究再电离时代的最新进展，讨论了多种线发射示踪剂及其协同效应，并强调了印度社区的贡献与未来改进方向。
2022-10-18 astro-ph.CO astro-ph.GA
Probing Primordial Black Holes with upcoming Radio Telescopes: a case study for LOFAR2.0, FAST Core Array and BINGO
Universidade Federal de Campina Grande（坎皮纳格兰德联邦大学）；Leibniz University Hannover（汉诺威莱布尼茨大学）；Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg（海德堡大学）；Max Planck Institute for Gravitational Physics, Albert Einstein Institute（马克斯·普朗克引力物理研究所，爱因斯坦研究所）
研究利用LOFAR2.0、FAST Core Array和BINGO三个射电望远镜对透镜化快速射电暴的探测能力，约束原初黑洞作为暗物质组分的比例，并给出质量相关的上限。
2026-06-11 astro-ph.CO gr-qc hep-th
