最初十亿年的印记：红移约5处的赖曼极限系统

赖曼极限系统（LLSs）示踪低密度星系周介质和星系际介质中最致密的区域，因此它们在再电离后不久的高红移处的数密度和演化对于约束模型十分重要。我们基于Giant Gemini GMOS巡天在红移$z \sim 5$处的153条光学类星体光谱均匀数据集，提出了一项针对高红移$z_{\rm LLS}=3.5$--5.4处LLSs的巡天。我们的分析包括对巡天偏差的详细研究，利用模拟光谱对原始测量提供重要修正。我们估计在$z \approx 4.4$处每单位红移的LLSs发生率为$\ell(z) = 2.6 \pm 0.4$。将我们的结果与先前$z_{\rm LLS}<4$的巡天结合，最佳拟合幂律演化是$\ell(z) = \ell_* [(1+z)/4]^\alpha$，其中$\ell_* = 1.46 \pm 0.11$，$\alpha = 1.70 \pm 0.22$（68%置信区间）。尽管先前$z_{\rm LLS}<4$的结果有暗示，但在再电离后不久并无偏离该单一幂律的迹象。最后，我们将新结果与先前星系际和星系周介质的巡天整合，以约束跨越10个数量级的氢柱密度分布函数$f(N_{\rm HI},X)$。在$z \sim 5$处的数据不能很好地由先前报道的$z \sim 2$--3处（重新标度后）的$f(N_{\rm HI},X)$模型描述，且拟合完整$z \sim 2$--5数据集的7枢轴模型在统计上不可接受。我们得出结论：在约20亿年期间内，$f(N_{\rm HI},X)$的形状存在显著演化。