宇宙网Ly$\alpha$发射在过密区域样本中的研究
Cosmic web Ly$α$ emission in a sample of overdense regions
- INAF - Osservatorio Astronomico di Trieste（意大利国家天体物理研究所的里雅斯特天文台）
- INAF - Osservatorio Astronomico di Brera（意大利国家天体物理研究所布雷拉天文台）
- Univ. Lyon, Univ Lyon1, ENS de Lyon, CNRS, Centre de Recherche Astrophysique de Lyon UMR5574（里昂大学、里昂第一大学、巴黎高等师范学院、法国国家科学研究中心、里昂天体物理研究中心）
- Max-Planck-Institut für Astrophysik（马克斯·普朗克天体物理学研究所）
- IUCAA（印度宇宙学天文学与天体物理学中心）
- European Southern Observatory（欧洲南方天文台）
- Aix Marseille Université, CNRS, LAM (Laboratoire d’Astrophysique de Marseille) UMR 7326（艾克斯-马赛大学、法国国家科学研究中心、马赛天体物理实验室）
- Space Telescope Science Institute（太空望远镜科学研究所）
- Department of Physics and Astronomy, Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学物理与天文学系）
- 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）
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AI总结：
本研究基于MUSE深场数据，系统分析宇宙网Ly$\alpha$发射随过密度的变化，发现高密度区域存在延展丝状发射，并量化了其表面亮度、面积占比及宇宙学发生率，为理解星系际介质电离状态提供关键观测约束。
AI中文摘要：
我们呈现了在MUSE超深场（MUDF）和MUSE极深场（MXDF）中，对$3 \lesssim z \lesssim 5$宇宙网Ly$\alpha$发射性质随Ly$\alpha$发射体（LAEs）过密度变化的完整且同质化的分析。我们识别出41个过密区域，探测到的环境密度比场平均密度高$\delta \approx 2 - 10$倍。我们搜索低至表面亮度（SB）水平$3 - 5 \times 10^{-20}\\ \mathrm{erg\\ s^{-1}\\ cm^{-2}\\ arcsec^{-2}}$的延展发射，揭示了超出星系周介质尺度的丝状结构，证实了LAEs是宇宙网的指示物。一个随过密度变化的趋势显现出来：非探测主要发生在$\delta < 2$，在$2 \lesssim \delta \lesssim 3.5$范围内SB出现约1 dex的弥散，而对于$\delta \gtrsim 3.5$，探测达到最大内禀SB约$2 \times 10^{-19}\\ \mathrm{erg\\ s^{-1}\\ cm^{-2}\\ arcsec^{-2}}$。发射区域在丝状结构内占据投影面积比例$f_s \approx 0.20 - 0.25$，从而得到宇宙网中Ly$\alpha$发射的宇宙学发生率$\ell(\mathrm{Ly}\alpha)$约为1.22，这与部分中性莱曼极限系统的发生率相似。该分析表明，发射气体在中等密度（$n_{\mathrm{H}} \approx 10^{-3} - 10^{-1}\\ \mathrm{cm}^{-3}$）下被部分电离，可能追踪星系际丝状结构的致密核心及嵌入的子结构。最后，我们预测了在下一代宽视场光谱仪器投入使用之前，通过对更浅观测中更大过密区域样本进行定向叠加，如何能够获得对宇宙网的更广阔视野。
英文摘要：
We present a complete and homogeneous analysis of the Ly$α$ emission properties of the cosmic web at $3 \lesssim z \lesssim 5$ as a function of the overdensity of Ly$α$ emitters (LAEs) in the MUSE Ultra Deep Field (MUDF) and the MUSE Extremely Deep Field (MXDF). We identify 41 overdensities, probing environments that are $δ\approx 2 - 10$ times denser than the field. We search for extended emission down to surface brightness (SB) levels of $3 - 5 \times 10^{-20}\ \mathrm{erg\ s^{-1}\ cm^{-2}\ arcsec^{-2}}$, revealing filamentary structures beyond the scale of the circumgalactic medium, confirming that LAEs act as signposts of the cosmic web. A trend with overdensity emerges: non-detections are mainly at $δ< 2$, a $\approx 1$ dex scatter in SB appears for $2 \lesssim δ\lesssim 3.5$, and detections reach a maximum intrinsic SB of $\approx 2 \times 10^{-19}\ \mathrm{erg\ s^{-1}\ cm^{-2}\ arcsec^{-2}}$ for $δ\gtrsim 3.5$. Emitting regions occupy a fraction of projected area $f_s \approx 0.20 - 0.25$ inside filaments, yielding a cosmological incidence for Ly$α$ emission in the cosmic web $\ell(\mathrm{Ly}α)$ of $\approx 1.22$, which is similar to the one of partially-neutral Lyman limit systems. This analysis indicates that the emitting gas is partially ionized at moderate densities ($n_{\mathrm{H}} \approx 10^{-3} - 10^{-1}\ \mathrm{cm}^{-3}$), likely tracing the denser spines of intergalactic filaments and embedded substructures. Finally, we forecast how oriented stacking in larger samples of overdensities from shallower observations could yield an expanded view of the cosmic web before the next-generation wide-field spectroscopic instruments become operational.
