利用似然自由推断测量低红移 IGM 的热与电离状态
宇宙学与河外天体物理
2022-07-18 v1
摘要
我们提出了一种基于 Lyα 森林的 Voigt 轮廓分解为一组具有多普勒参数 b 和中性氢柱密度 N_HI 的离散吸收线，来测量 IGM 的幂律温度-密度关系 T=T_0 (ρ / \bar{ρ})^{γ -1} 以及 UV 背景光致电离率 Γ_HI 的新方法。已有工作表明 b-N_HI 分布的形状对 IGM 热参数 T_0 和 γ 敏感，而我们的新推断算法还考虑了分布的归一化，即线密度 dN/dz，并且我们证明可以对 Γ_HI 获得精确约束。我们使用密度估计似然自由推断（DELFI）来模拟 b-N_HI 分布对 IGM 参数的依赖关系，该关系在 z = 0.1 处由 624 个 Nyx 流体动力学模拟集合训练得到，并将其与归一化的高斯过程模拟器相结合。为证明该方法的有效性，我们生成了数百个逼真的模拟 HST/COS 数据集实现，每个包含 34 条类星体视线，并前向建模噪声与分辨率以匹配真实数据。我们利用这一大型模拟集合广泛测试了我们的推断，并经验性地证明我们的后验分布是稳健的。我们的分析表明，通过将新应用于现有的 z≃0.1 处 Lyα 森林光谱，可以以极高精度测量 IGM 的热与电离状态（σ_{log T_0} ~ 0.08 dex，σ_γ ~ 0.06，以及 σ_{log Γ_HI} ~ 0.07 dex）。
引用
@article{arxiv.2207.07151,
title = {Measuring the thermal and ionization state of the low-$z$ IGM using likelihood free inference},
author = {Teng Hu and Vikram Khaire and Joseph F. Hennawi and Michael Walther and Hector Hiss and Justin Alsing and Jose Oñorbe and Zarija Lukic and Frederick Davies},
journal= {arXiv preprint arXiv:2207.07151},
year = {2022}
}
备注
20 pages, 17 figures, accepted for publication in MNRAS