利用主成分分析对再电离的约束
宇宙学与河外天体物理
2015-05-20 v2
摘要
利用Choudhury & Ferrara (2005)发展的半解析模型，我们通过主成分分析(PCA)研究了对再电离的观测约束。假设z>6处的再电离主要由恒星源驱动，我们将未知函数N_{ion}(z)（代表坍缩天体每重子进入IGM的光子数）分解为其主成分，并利用从Lyα森林Gunn-Peterson光学深度获得的电离率、WMAP7电子散射光学深度以及z~3.5处莱曼限系统的红移分布来约束这些主成分。我们分析的主要发现是：(i) 在红移范围2<z<14内，用5个参数对N_{ion}(z)建模足以提取数据中包含的最大信息。(ii) 由于z<6处有大量数据点，所有与再电离相关的量都能被严格约束，而z>6处的约束则相对宽松。(iii) z>6处对N_{ion}(z)的弱约束无法用现有数据区分不同的反馈模型。有明确迹象表明N_{ion}(z)在z>6处必须增加，从而排除了由具有非演化IMF、或恒星形成效率、或光子逃逸比的单一恒星族群实现再电离的可能性。数据允许非单调的N_{ion}(z)，其在z~7附近可能包含尖锐特征。(iv) PCA意味着再电离必须在5.8<z<10.3之间完成99%（95%置信水平），并预计在z≈9.5-12处完成50%。利用未来的数据集，如Planck获得的数据，z>6处的约束将得到显著改善。
引用
@article{arxiv.1011.2213,
title = {Reionization constraints using Principal Component Analysis},
author = {Sourav Mitra and T. Roy Choudhury and Andrea Ferrara},
journal= {arXiv preprint arXiv:1011.2213},
year = {2015}
}
备注
Accepted in MNRAS. Revised to match the accepted version