THE COSMOLOGICAL IMPACT OF LUMINOUS TeV BLAZARS. II. REWRITING THE THERMAL HISTORY OF THE INTERGALACTIC MEDIUM
Notice bibliographique
Résumé
The universe is opaque to extragalactic very high energy gamma rays (VHEGRs, E > 100 GeV) because they annihilate and pair produce on the extragalactic background light. The resulting ultrarelativistic pairs are commonly assumed to lose energy primarily through inverse Compton scattering of cosmic microwave background (CMB) photons, reprocessing the original emission from TeV to GeV energies. In Broderick et al., we argued that this is not the case; powerful plasma instabilities driven by the highly anisotropic nature of the ultrarelativistic pair distribution provide a plausible way to dissipate the kinetic energy of the TeV-generated pairs locally, heating the intergalactic medium (IGM). Here, we explore the effect of this heating on the thermal history of the IGM. We collate the observed extragalactic VHEGR sources to determine a local VHEGR heating rate. Given the pointed nature of VHEGR observations, we estimate the correction for the various selection effects using Fermi observations of high- and intermediate-peaked BL Lac objects. As the extragalactic component of the local VHEGR flux is dominated by TeV blazars, we then estimate the evolution of the TeV blazar luminosity density by tying it to the well-observed quasar luminosity density and producing a VHEGR heating rate as a function of redshift. This heating is relatively homogeneous for z ≲ 4, but there is greater spatial variation at higher redshift (order unity at z ∼ 6) because of the reduced number of blazars that contribute to local heating. We show that this new heating process dominates photoheating in the low-redshift evolution of the IGM and calculate the effect of this heating in a one-zone model. As a consequence, the inclusion of TeV blazar heating qualitatively and quantitatively changes the structure and history of the IGM. Due to the homogeneous nature of the extragalactic background light, TeV blazars produce a uniform volumetric heating rate. This heating is sufficient to increase the temperature of the mean density IGM by nearly an order of magnitude, and at low densities by substantially more. It also naturally produces the inverted temperature–density relation inferred by recent observations of the high-redshift Lyα forest, a feature that is difficult to reconcile with standard reionization models. Finally, we close with a discussion on the possibility of detecting this hot low-density IGM suggested by our model either directly or indirectly via the local Lyα forest, the Comptonized CMB, or free–free emission, but we find that such measurements are currently not feasible.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,002 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,004 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».