Published December 14, 2023
| Version v1
Publication
Open
Forecasting constraints on the baryon mass fraction in the IGM from fast radio bursts and type Ia supernovae
- 1. Valongo Observatory
- 2. National Observatory
- 3. Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro
Description
Abstract Fast Radio Bursts (FRBs) are millisecond transient radio events with a high energy. By identifying the origin of the burst, it is possible to measure the redshift of the host galaxy, which can be used to constrain cosmological and astrophysical parameters and test aspects of fundamental physics when combined with the dispersion measure ( DM ). However, some factors limit the cosmological application of FRBs: (i) the poor modelling of the fluctuations in the DM due to spatial variation in the cosmic electrons density; (ii) the fact that the fraction of baryon mass in the intergalactic medium ( $$f_{IGM}$$ f IGM ) is degenerated with some cosmological parameters; (iii) the limited knowledge about host galaxy contribution ( $$DM_{host}$$ D M host ). In this work, we investigate the impact of different redshift distribution models of FRBs to constrain the baryon fraction in the IGM and host galaxy contribution. We use a cosmological model-independent method developed in previous work Lemos (EPJC 83:138, 2023) to perform the analysis and combine simulated FRB data from Monte Carlo simulation and supernovae data. We assume four distribution models for the FRBs: gamma-ray bursts (GRB), star formation rate (SFR), uniform and equidistant (ED). Also, we consider samples with $$N = 15, 30, 100$$ N = 15 , 30 , 100 and 500 points and different values of the fluctuations of electron density in the DM , $$\delta = 0, 100, 200, 400, 230\sqrt{z}$$ δ = 0 , 100 , 200 , 400 , 230 z pc/cm $$^{3}$$ 3 . Our analysis shows that all the distribution models present consistent results within $$2\sigma $$ 2 σ for the free parameters $$f_{IGM}$$ f IGM and $$DM_{host,0}$$ D M h o s t , 0 and highlights the crucial role of DM fluctuations in obtaining more precise measurements.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
نبضات الراديو السريعة المجردة (FRBs) هي أحداث راديو عابرة مللي ثانية ذات طاقة عالية. من خلال تحديد أصل الانفجار، من الممكن قياس الانزياح الأحمر للمجرة المضيفة، والذي يمكن استخدامه لتقييد المعلمات الكونية والفيزيائية الفلكية واختبار جوانب الفيزياء الأساسية عند دمجه مع مقياس التشتت ( DM ). ومع ذلك، فإن بعض العوامل تحد من التطبيق الكوني لـ FRBs: (1) النمذجة الضعيفة للتقلبات في DM بسبب التباين المكاني في كثافة الإلكترونات الكونية ؛ (2) حقيقة أن جزء كتلة الباريون في الوسط بين المجرات ($f _{ IGM }$$ f IGM ) يتدهور مع بعض المعلمات الكونية ؛ (3) المعرفة المحدودة حول مساهمة المجرة المضيفة ($DM _{ host }$$ D M host ). في هذا العمل، نقوم بالتحقيق في تأثير نماذج توزيع الانزياح الأحمر المختلفة لـ FRBs لتقييد جزء الباريون في IGM ومساهمة المجرة المضيفة. نحن نستخدم طريقة كونية مستقلة عن النموذج تم تطويرها في العمل السابق ليموس (EPJC 83:138، 2023) لإجراء التحليل والجمع بين بيانات FRB المحاكاة من محاكاة مونت كارلو وبيانات المستعرات العظمى. نفترض أربعة نماذج توزيع لـ FRBs: رشقات أشعة جاما (GRB)، ومعدل تكوين النجوم (SFR)، وموحد ومتساوي البعد (ED). أيضًا، نعتبر العينات التي تحتوي على $N = 15 و 30 و 100 $ N = 15 و 30 و 100 و 500 نقطة وقيم مختلفة لتقلبات كثافة الإلكترون في DM ، $$\ delta = 0 و 100 و 200 و 400 و 230\sqrt{z}$ δ = 0 و 100 و 200 و 400 و 230 z pc/cm $^{ 3}$ 3 . يوضح تحليلنا أن جميع نماذج التوزيع تقدم نتائج متسقة في حدود $$ 2\sigma $$ 2 σ للمعلمات المجانية $$f _{ IGM }$ f IGM و $$DM _{ host,0 }$$ D Mh os t , 0 ويسلط الضوء على الدور الحاسم لتقلبات DM في الحصول على قياسات أكثر دقة.Translated Description (French)
Les sursauts radio rapides abstraits (FRB) sont des événements radio transitoires d'une milliseconde à haute énergie. En identifiant l'origine de l'éclatement, il est possible de mesurer le décalage vers le rouge de la galaxie hôte, qui peut être utilisé pour contraindre les paramètres cosmologiques et astrophysiques et tester les aspects de la physique fondamentale lorsqu'il est combiné avec la mesure de dispersion ( DM ). Cependant, certains facteurs limitent l'application cosmologique des FRB : (i) la mauvaise modélisation des fluctuations du DM dues à la variation spatiale de la densité d'électrons cosmiques ; (ii) le fait que la fraction de masse baryonique dans le milieu intergalactique ( $$f_{IGM}$$ f IGM ) est dégénérée avec certains paramètres cosmologiques ; (iii) les connaissances limitées sur la contribution de la galaxie hôte ( $$DM_{host}$$ D M host ). Dans ce travail, nous étudions l'impact de différents modèles de distribution de redshift des FRB pour contraindre la fraction baryonique dans la contribution des IGM et des galaxies hôtes. Nous utilisons une méthode indépendante du modèle cosmologique développée dans des travaux antérieurs Lemos (EPJC 83:138, 2023) pour effectuer l'analyse et combiner les données FRB simulées de la simulation de Monte Carlo et les données de supernovae. Nous supposons quatre modèles de distribution pour les FRB : sursauts gamma (GRB), taux de formation d'étoiles (SFR), uniforme et équidistant (ED). En outre, nous considérons des échantillons avec $$N = 15, 30, 100 $$ N = 15 , 30 , 100 et 500 points et différentes valeurs des fluctuations de la densité électronique dans le DM , $$\delta = 0, 100, 200, 400, 230\sqrt{z}$$ δ = 0 , 100 , 200 , 400 , 230 z pc/cm $$^{3}$$ 3 . Notre analyse montre que tous les modèles de distribution présentent des résultats cohérents dans $$ 2\sigma $$ 2 σ pour les paramètres libres $$f_{IGM}$$ f IGM et $$DM_{host,0}$$ D M h o s t , 0 et met en évidence le rôle crucial des fluctuations DM dans l'obtention de mesures plus précises.Translated Description (Spanish)
Las ráfagas de radio rápidas abstractas (FRB) son eventos de radio transitorios de milisegundos con una alta energía. Al identificar el origen de la explosión, es posible medir el corrimiento al rojo de la galaxia anfitriona, que se puede utilizar para restringir los parámetros cosmológicos y astrofísicos y probar aspectos de la física fundamental cuando se combina con la medida de dispersión ( DM ). Sin embargo, algunos factores limitan la aplicación cosmológica de los FRB: (i) el modelado deficiente de las fluctuaciones en el DM debido a la variación espacial en la densidad de electrones cósmicos; (ii) el hecho de que la fracción de masa bariónica en el medio intergaláctico ( $$f_{IGM}$$ f IGM ) está degenerada con algunos parámetros cosmológicos; (iii) el conocimiento limitado sobre la contribución de la galaxia anfitriona ( $$DM_{host}$$ D M host ). En este trabajo, investigamos el impacto de diferentes modelos de distribución de corrimiento al rojo de FRB para restringir la fracción de bariones en la contribución de IGM y la galaxia anfitriona. Utilizamos un método cosmológico independiente del modelo desarrollado en trabajos anteriores Lemos (EPJC 83:138, 2023) para realizar el análisis y combinar datos FRB simulados de simulación de Monte Carlo y datos de supernovas. Asumimos cuatro modelos de distribución para los FRB: estallidos de rayos gamma (GRB), tasa de formación estelar (SFr), uniforme y equidistante (ED). Además, consideramos muestras con $$N = 15, 30, 100 $$ N = 15 , 30 , 100 y 500 puntos y diferentes valores de las fluctuaciones de densidad electrónica en el DM , $$\delta = 0, 100, 200, 400, 230\sqrt{z}$$ δ = 0 , 100 , 200 , 400 , 230 z pc/cm $$^{3}$$ 3 . Nuestro análisis muestra que todos los modelos de distribución presentan resultados consistentes dentro de $$ 2\sigma $$ 2 σ para los parámetros libres $$f_{IGM}$$ f IGM y $$DM_{host,0}$$ D M h o s t , 0 y destaca el papel crucial de las fluctuaciones de DM en la obtención de mediciones más precisas.Files
s10052-023-12248-6.pdf.pdf
Files
(428.6 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:4479ac8b0ab353b942263687617629b4
|
428.6 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- قيود التنبؤ على جزء كتلة الباريون في IGM من الانفجارات الراديوية السريعة والمستعرات العظمى من النوع Ia
- Translated title (French)
- Prévision des contraintes sur la fraction massique du baryon dans l'IGM à partir des sursauts radio rapides et des supernovae de type Ia
- Translated title (Spanish)
- Restricciones de pronóstico en la fracción de masa de bariones en el IGM de ráfagas de radio rápidas y supernovas de tipo Ia
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4389732736
- DOI
- 10.1140/epjc/s10052-023-12248-6
References
- https://openalex.org/W1973820399
- https://openalex.org/W1976139832
- https://openalex.org/W2036423640
- https://openalex.org/W2036639372
- https://openalex.org/W2038808140
- https://openalex.org/W2062656295
- https://openalex.org/W2080907069
- https://openalex.org/W2103453948
- https://openalex.org/W2121795427
- https://openalex.org/W2124749424
- https://openalex.org/W2133434171
- https://openalex.org/W2153161644
- https://openalex.org/W2189948602
- https://openalex.org/W2563744641
- https://openalex.org/W2763117186
- https://openalex.org/W2766792342
- https://openalex.org/W2896625698
- https://openalex.org/W2907696526
- https://openalex.org/W2940147897
- https://openalex.org/W2955902629
- https://openalex.org/W2968508115
- https://openalex.org/W2974587557
- https://openalex.org/W2997632089
- https://openalex.org/W3016506979
- https://openalex.org/W3029501268
- https://openalex.org/W3030414242
- https://openalex.org/W3090053585
- https://openalex.org/W3098520916
- https://openalex.org/W3098609149
- https://openalex.org/W3100054713
- https://openalex.org/W3100488773
- https://openalex.org/W3100513703
- https://openalex.org/W3100664724
- https://openalex.org/W3101263812
- https://openalex.org/W3101338961
- https://openalex.org/W3101745821
- https://openalex.org/W3102014803
- https://openalex.org/W3102909812
- https://openalex.org/W3103437717
- https://openalex.org/W3103969210
- https://openalex.org/W3104405069
- https://openalex.org/W3104728800
- https://openalex.org/W3104987194
- https://openalex.org/W3106016811
- https://openalex.org/W3203789703
- https://openalex.org/W3217181905
- https://openalex.org/W4205140633
- https://openalex.org/W4205650896
- https://openalex.org/W4214895567
- https://openalex.org/W4220913758
- https://openalex.org/W4221164854
- https://openalex.org/W4295149090
- https://openalex.org/W4320040124
- https://openalex.org/W4381714130