利用 $^3$He$^+$ 超精细跃迁探测高红移星系际介质
宇宙学与河外天体物理
2020-07-15 v1
摘要
He 在 3.5 cm 处的超精细跃迁一直被视为高红移星系际介质（IGM）的探测手段，因为它可独特地揭示气体中氦组分的演化，并可能为中性的氢的 21 cm 信号提供独立约束。本文中，我们利用由恒星、X 射线双星、吸积黑洞和激波加热的星际介质等源驱动的再电离辐射转移模拟，以及高红移类星体模拟，来刻画该信号并分析其探测前景。我们发现，两种环境下信号峰值均位于 1–50 K 范围，但类星体周围信号始终为发射，而宇宙再电离情形下则预期出现短暂吸收期。由于 HeII 的演化由恒星决定，我们发现无法区分由更高能量源驱动的再电离历史。另一方面，虽然明亮 QSO 产生的 21 cm 信号与大量星系集合产生的信号非常相似，但其在 3.5 cm 处的特征极为特殊，可成为识别 QSO 存在的有力探针。我们以 SKA1-mid 为参考望远镜分析了信号可探测性前景。我们发现噪声功率谱主导于信号功率谱，但当波数 bin 宽度与巡天体积足够大时，可获得适度的信噪比（S/N）。
引用
@article{arxiv.2007.00934,
title = {Probing the high-z IGM with the hyperfine transition of $^3$He$^+$},
author = {Shivan Khullar and Qingbo Ma and Philipp Busch and Benedetta Ciardi and Marius B. Eide and Koki Kakiichi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2007.00934},
year = {2020}
}
备注
10 pages, 13 figures, accepted for publication in MNRAS