Skip to main content
CenXiv.org
此网站处于试运行阶段,支持我们!
我们衷心感谢所有贡献者的支持。
贡献
赞助
cenxiv logo > astro-ph > arXiv:2407.18294

帮助 | 高级搜索

天体物理学 > 宇宙学与非星系天体物理学

arXiv:2407.18294 (astro-ph)
[提交于 2024年7月25日 (v1) ,最后修订 2025年5月30日 (此版本, v2)]

标题: 以秒为单位计算第一个十亿年:第三族恒星21厘米信号的有效模型

标题: The First Billion Years in Seconds: An Effective Model for the 21-cm Signal with Population III Stars

Authors:Hector Afonso G. Cruz, Julian B. Munoz, Nashwan Sabti, Marc Kamionkowski
摘要: 21厘米信号的观测开启了通往宇宙黎明时代(第一颗恒星形成的时代)的窗口。 这些观测通常通过半数值或流体力学模拟来解释,但这些模拟往往计算量巨大且对宇宙学或天体物理效应的变化不够灵活。 在这里,我们利用模块化代码Zeus21提出了一种针对第一颗恒星对21厘米信号影响的有效、完全解析的模型。 Zeus21采用恒星形成率密度(SFRD)的解析公式,以恢复决定21厘米信号的辐射场的完全非线性和非局部相关性。 我们在Zeus21中引入了最早期的第三星族(Pop III)恒星,它们存在于低质量分子冷却星系中,并且具有与后期第二星族(Pop II)恒星不同的光谱。 我们还自洽地建模了Lyman-Werner(LW)辐射分解$H_2$以及暗物质-重子相对速度的反馈形式,这两种机制都会抑制最低质量暗晕中的恒星形成。 由于LW光子的平均自由程很长,LW反馈会在SFRD波动上产生尺度依赖性。 相对速度在21厘米信号的空间分布中产生了“波纹”;我们提出了改进的计算方法来确定这些由速度引起的声振荡的形状,表明它们在宇宙黎明时仍然是标准的量度。 我们改进后的Zeus21版本预测的21厘米全局信号和功率谱与模拟结果一致,精度达到$\sim 10\%$级别,但速度至少快三个数量级。 这一公开代码代表了迈向宇宙黎明时期高效且灵活参数推断的重要一步,使我们能够在短短几秒内预测宇宙的最初十亿年。
摘要: Observations of the 21-cm signal are opening a window to the cosmic-dawn epoch, when the first stars formed. These observations are usually interpreted with semi-numerical or hydrodynamical simulations, which are often computationally intensive and inflexible to changes in cosmological or astrophysical effects. Here, we present an effective, fully analytic model for the impact of the first stars on the 21-cm signal, using the modular code Zeus21. Zeus21 employs an analytic prescription of the star formation rate density (SFRD) to recover the fully nonlinear and nonlocal correlations of radiative fields that determine the 21-cm signal. We introduce the earliest Population III (Pop III) stars residing in low-mass molecular-cooling galaxies in Zeus21, with distinct spectra from later Pop II stars. We also self-consistently model feedback in the form of $H_2$-dissociating Lyman-Werner (LW) radiation, as well as dark matter-baryon relative velocities, both of which suppress star formation in the lowest-mass halos. LW feedback produces a scale-dependence on the SFRD fluctuations, due to the long mean free path of LW photons. Relative velocities give rise to "wiggles" in the spatial distribution of the 21-cm signal; we present an improved calculation of the shape of these velocity-induced acoustic oscillations, showing they remain a standard ruler at cosmic dawn. Our improved version of Zeus21 predicts the 21-cm global signal and power spectra in agreement with simulations at the $\sim 10\%$ level, yet is at least three orders of magnitude faster. This public code represents a step towards efficient and flexible parameter inference at cosmic dawn, allowing us to predict the first billion years of the universe in mere seconds.
评论: 37页,17幅图,被PRD接受
主题: 宇宙学与非星系天体物理学 (astro-ph.CO) ; 星系的天体物理学 (astro-ph.GA)
引用方式: arXiv:2407.18294 [astro-ph.CO]
  (或者 arXiv:2407.18294v2 [astro-ph.CO] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2407.18294
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
期刊参考: PRD 111, 8, 083503
相关 DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevD.111.083503
链接到相关资源的 DOI

提交历史

来自: Hector Afonso Cruz [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2024 年 7 月 25 日 18:00:00 UTC (7,918 KB)
[v2] 星期五, 2025 年 5 月 30 日 18:00:02 UTC (8,199 KB)
全文链接:

获取论文:

    查看标题为《》的 PDF
  • 查看中文 PDF
  • 查看 PDF
  • HTML(实验性)
  • TeX 源代码
  • 其他格式
查看许可
当前浏览上下文:
astro-ph
< 上一篇   |   下一篇 >
新的 | 最近的 | 2024-07
切换浏览方式为:
astro-ph.CO
astro-ph.GA

参考文献与引用

  • NASA ADS
  • 谷歌学术搜索
  • 语义学者
a 导出 BibTeX 引用 加载中...

BibTeX 格式的引用

×
数据由提供:

收藏

BibSonomy logo Reddit logo

文献和引用工具

文献资源探索 (什么是资源探索?)
连接的论文 (什么是连接的论文?)
Litmaps (什么是 Litmaps?)
scite 智能引用 (什么是智能引用?)

与本文相关的代码,数据和媒体

alphaXiv (什么是 alphaXiv?)
CatalyzeX 代码查找器 (什么是 CatalyzeX?)
DagsHub (什么是 DagsHub?)
Gotit.pub (什么是 GotitPub?)
Hugging Face (什么是 Huggingface?)
带有代码的论文 (什么是带有代码的论文?)
ScienceCast (什么是 ScienceCast?)

演示

复制 (什么是复制?)
Hugging Face Spaces (什么是 Spaces?)
TXYZ.AI (什么是 TXYZ.AI?)

推荐器和搜索工具

影响之花 (什么是影响之花?)
核心推荐器 (什么是核心?)
IArxiv 推荐器 (什么是 IArxiv?)
  • 作者
  • 地点
  • 机构
  • 主题

arXivLabs:与社区合作伙伴的实验项目

arXivLabs 是一个框架,允许合作伙伴直接在我们的网站上开发和分享新的 arXiv 特性。

与 arXivLabs 合作的个人和组织都接受了我们的价值观,即开放、社区、卓越和用户数据隐私。arXiv 承诺这些价值观,并且只与遵守这些价值观的合作伙伴合作。

有一个为 arXiv 社区增加价值的项目想法吗? 了解更多关于 arXivLabs 的信息.

这篇论文的哪些作者是支持者? | 禁用 MathJax (什么是 MathJax?)
  • 关于
  • 帮助
  • contact arXivClick here to contact arXiv 联系
  • 订阅 arXiv 邮件列表点击这里订阅 订阅
  • 版权
  • 隐私政策
  • 网络无障碍帮助
  • arXiv 运营状态
    通过...获取状态通知 email 或者 slack

京ICP备2025123034号