利用类星体电离前沿的莱曼阿尔法发射绘制再电离期间的中性氢分布图
天体物理学
2009-11-13 v1
摘要
我们提出了一种新方法，可以直接绘制再电离时期的中性氢分布图，并约束最高红移类星体（QSO）的发射性质。作为 HI 的示踪物，我们建议使用在再电离完成之前，在部分电离的星系际介质（IGM）中膨胀的类星体电离前沿（I-front）所产生的 Ly-alpha 辐射。这些 Ly-alpha 光子主要由快速膨胀的 HII 区域边界中氢原子的碰撞激发所产生。可观测信号是由相对于观察者位于 QSO 后方的 I-front 部分产生的。结合两种辐射转移模型（一种用于 QSO 电离辐射，一种用于 Ly-alpha 光子），我们估算了大量配置下的预期 Ly-alpha 谱形状和面亮度（SB），在这些配置中我们改变了电离 QSO 和周围介质的性质。我们发现预期信号可作为一条单一（宽）发射线被观测到，其特征宽度为 100-200 km/s。在红移 z~6.5 处，由典型 QSO I-front 在完全中性区域（平均密度下）产生的预期 SB 位于 erg s cm arcsec 范围内，并且对于给定 QSO 年龄，它与 成正比递减。具有较硬谱的 QSO 可能在早期阶段产生明显更亮的发射。该信号在天空中可能覆盖多达几百平方角分，并且应该已经可以通过当前设施借助中/高分辨率光谱学探测到。探测这种 Ly-alpha 发射可以为再电离历史、最高红移 QSO 的年龄和发射性质提供新的启示。（缩减版）
引用
@article{arxiv.0709.0654,
title = {Mapping Neutral Hydrogen During Reionization with the Ly-alpha Emission from Quasar Ionization Fronts},
author = {Sebastiano Cantalupo and Cristiano Porciani and Simon J. Lilly},
journal= {arXiv preprint arXiv:0709.0654},
year = {2009}
}
备注
12 pages, 9 figures, accepted for publication in ApJ