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天体物理学 > 宇宙学与非星系天体物理学

arXiv:2205.04569 (astro-ph)
[提交于 2022年5月9日 ]

标题: Long Dark Gaps in the Ly$β$ Forest at $z<6$: Evidence of Ultra Late Reionization from XQR-30 Spectra

标题: Long Dark Gaps in the Ly$β$ Forest at $z<6$: Evidence of Ultra Late Reionization from XQR-30 Spectra

Authors:Yongda Zhu, George D. Becker, Sarah E. I. Bosman, Laura C. Keating, Valentina D'Odorico, Rebecca L. Davies, Holly M. Christenson, Eduardo Bañados, Fuyan Bian, Manuela Bischetti, Huanqing Chen, Frederick B. Davies, Anna-Christina Eilers, Xiaohui Fan, Prakash Gaikwad, Bradley Greig, Martin G. Haehnelt, Girish Kulkarni, Samuel Lai, Andrea Pallottini, Yuxiang Qin, Emma Ryan-Weber, Fabian Walter, Feige Wang, Jinyi Yang
摘要: We present a new investigation of the intergalactic medium (IGM) near reionization using dark gaps in the Lyman-$\beta$ (Ly$\beta$) forest. With its lower optical depth, Ly$\beta$ offers a potentially more sensitive probe to any remaining neutral gas compared to commonly used Ly$\alpha$ line. We identify dark gaps in the Ly$\beta$ forest using spectra of 42 QSOs at $z_{\rm em}>5.5$, including new data from the XQR-30 VLT Large Programme. 大约$40\%$个这些类星体光谱在$z\simeq5.8$显示出比$10h^{-1}{\rm Mpc}$更长的黑暗间隙。 通过将结果与模拟预测进行比较,我们发现数据总体上既与认为 Ly$\alpha$森林中的波动仅由电离紫外背景(UVB)波动引起的模型一致,也与包括由于再电离结束较晚而产生的$z<6$大片中性氢区域的模型一致。 特别值得关注的是,在$z_{\rm}=5.85$类星体 PSO J025$-$11 的 Ly$\beta$森林中存在一个非常长($L=28h^{-1}{\rm Mpc}$)且黑暗($\tau_{\rm eff} \gtrsim 6$)的间隙,一直持续到$z\simeq 5.5$。 This gap may support late reionization models with a volume-weighted average neutral hydrogen fraction of $ \langle x_{\rm HI}\rangle \gtrsim 5\%$ by $z=5.6$. Finally, we infer constraints on $\langle x_{\rm HI}\rangle$ over $5.5 \lesssim z \lesssim 6.0$ based on the observed Ly$\beta$ dark gap length distribution and a conservative relationship between gap length and neutral fraction derived from simulations. We find $\langle x_{\rm HI}\rangle \leq 0.05$, 0.17, and 0.29 at $z\simeq 5.55$, 5.75, and 5.95, respectively. 这些限制与再电离结束远晚于$z = 6$的模型一致。
摘要: We present a new investigation of the intergalactic medium (IGM) near reionization using dark gaps in the Lyman-$\beta$ (Ly$\beta$) forest. With its lower optical depth, Ly$\beta$ offers a potentially more sensitive probe to any remaining neutral gas compared to commonly used Ly$\alpha$ line. We identify dark gaps in the Ly$\beta$ forest using spectra of 42 QSOs at $z_{\rm em}>5.5$, including new data from the XQR-30 VLT Large Programme. Approximately $40\%$ of these QSO spectra exhibit dark gaps longer than $10h^{-1}{\rm Mpc}$ at $z\simeq5.8$. By comparing the results to predictions from simulations, we find that the data are broadly consistent both with models where fluctuations in the Ly$\alpha$ forest are caused solely by ionizing ultraviolet background (UVB) fluctuations and with models that include large neutral hydrogen patches at $z<6$ due to a late end to reionization. Of particular interest is a very long ($L=28h^{-1}{\rm Mpc}$) and dark ($\tau_{\rm eff} \gtrsim 6$) gap persisting down to $z\simeq 5.5$ in the Ly$\beta$ forest of the $z_{\rm}=5.85$ QSO PSO J025$-$11. This gap may support late reionization models with a volume-weighted average neutral hydrogen fraction of $ \langle x_{\rm HI}\rangle \gtrsim 5\%$ by $z=5.6$. Finally, we infer constraints on $\langle x_{\rm HI}\rangle$ over $5.5 \lesssim z \lesssim 6.0$ based on the observed Ly$\beta$ dark gap length distribution and a conservative relationship between gap length and neutral fraction derived from simulations. We find $\langle x_{\rm HI}\rangle \leq 0.05$, 0.17, and 0.29 at $z\simeq 5.55$, 5.75, and 5.95, respectively. These constraints are consistent with models where reionization ends significantly later than $z = 6$.
评论: 17页,13幅图,已被《天体物理学期刊》接受发表。完整的图表集和机器可读表格可在https://ydzhuastro.github.io/lyb.html获取。
主题: 宇宙学与非星系天体物理学 (astro-ph.CO) ; 星系的天体物理学 (astro-ph.GA)
引用方式: arXiv:2205.04569 [astro-ph.CO]
  (或者 arXiv:2205.04569v1 [astro-ph.CO] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2205.04569
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
相关 DOI: https://doi.org/10.3847/1538-4357/ac6e60
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来自: Yongda Zhu [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2022 年 5 月 9 日 21:30:12 UTC (3,742 KB)
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