text: ∼ The integrated N –N relation at z 2.5 21 Hi Civ Figure 18. The integrated NHi–NCiv relation of Civ systems associated with Siiv (left panel) and no Siiv (middle panel). Sys- tems with blended, uncertain or unobserved Siiv regions are not included in the ﬁgures. In the right panel, circles and squares represent systems without and with associated Siiv, respectively. Filled and open symbols represent secure and uncertain detec- tions of Ovi and Nv, respectively. The magenta dashed curve is the rectangular hyperbola ﬁt as in Fig. 7. (14.0–19.0, 12.8–15.0). However, 84% of Si iv-free C iv sys- Figure 19. The integrated NHi–NCiv relation of Civ systems tems (87 out of 103 systems) lie close to the curve at the overlaid with the CLOUDY predictions for a ﬁxed [C/H] noted next lowerF-iNguCrive,?sy?s aelnsdo,swhoitwhsathfeawt thhieghNeHr-iN,syCsi–vN,syCsivs,yssytsermelsa.tion tgsoyrasetyaemcvhesrctaiucsrsavolecliifanoteredwthiwtehiﬁthidtusScliioiavglaSaricnthdhamyweiictnhnHoHu–tNvaSHliuii,vecooamnrpetorpeprle.astTeinohnteedaCsaivas for systems with O vi and/or N v. Due to the diﬃculty in open squares and ﬁlled circles. Systems with blended, uncertain or detecting the O vi λλ 1031, 1037 doublet in the high-order unobserved Siiv regions are not included. The dotted horizontal forest region and the N v λλ 1238, 1242 doublet blended in line presents the Civ detection limit. the Lyα forest region, the C iv systems shown in the right panel are not necessarily include all the systems containing O vi and/or N v. Despite this incompleteness problem in de- halos, cf. Fig. 1. Unfortunately, calculating a column den- tecting O vi and N v, most C vi systems with O vi and/or sity proﬁle of H i and C iv as a function of impact parameter N v follow a similar trend displayed for Si iv-enriched and is not trivial. Even if the baryon density proﬁle is assumed Si iv-free systems. This suggests that O vi and N v sample to follow the halo dark matter proﬁle, conversion from the C iv systems over a wide range of physical conditions. total hydrogen to H i requires an ionisation correction due 7.2 [C/H] as an origin of the steep part of the to the UV background radiation and an interaction between integrated NHi–NCiv relation outﬂows and inﬂows (???). For simplicity, we took a ? (NFW) spherical dark mat- If we assume that [C/H], nH and the UV background in ter density proﬁle as the model for the H i density proﬁle, apasninelgloef CFiigv. s1y4stseememdsoteos snuogtgevsatrythsaigtntihﬁecasntetleyp, pthaertmoifdtdhlee nHi,NFW(r) = r/x(1+Ar/x)2 , where r is a radial distance and the values of A and x vary from halo to halo. We note integrated NHi–NCiv relation could be caused by the right that the NFW proﬁle successfully describes objects on large combination of [C/H] and n . There is no solid observational H scales such as clusters and ﬁlaments, while it has diﬃculties evidence on a constant [C/H], n and the UV background H on galaxy scales (???). We also used a power-law gas density wreiltahtiinona Choilvdssypstreimma.rHiloywfeovrert,haes tShieivs-tfereepe NanHdi,ssyisn–gNleC-Civ,isvys- proﬁTlehweitrhadniaHli,Hisoi(cro)l=umBn/dr2enfsoirtyanpriosoﬁtlheeirsmtahlesnphobertea.ined component C iv systems, they can be thought to sample a by integrating nHi(r) along a line of sight through a halo at low-density region where the gas is optically thin and no (cid:90) a given impact parameter ρ. For our NFW model, radiative transfer eﬀects complicate the internal structure (cid:112) of the absorption gas (???). Figure ?? presents the steep NHi,sys–NCiv,sys relation NHi,NFW(ρ) = 2 R nHi,NFW−(r) r dr, (3) overlaid with the CLOUDY predictions, when the ﬁducial r2 ρ2 ρ Schaye nH–NHi,comp relation was assum∈ed−. The−data are well reproduced by absorbers with [C/H] [ 3.0, 1.5] and where R is a radius of a spherical halo in kpc, for ρ and ∈ − − − − log nH −[ 4.3, 3.5]. Note that the CLOUDY-prediction for r in kpc, nHi,NFW in cm 3(cid:20)and NHi,NFW(ρ) i(cid:21)n cm 2. [C/H] = 3.0 even reproduces the sharp lower edge shown For an isothermal sphere, ∈ at log NHi [15.0, 16.0]. 7.3 Origins: Filaments and galactic halos π − arcsin(ρ/R) If the steep NHi,sys–NCiv,sys relation for Si iv-free C i∈v NHi,iso(ρ) = B 2ρ ρ . (4) systems is produced by the absorbing gas with [C/H] − − ∈ − − [ 3.0, 1.5] and nH [ 4.3, 3.5], the two best candidates Figure ?? shows these assumed NHi,sys proﬁles, includ- for the location of the gas are the IGM ﬁlaments close to ing the simulated NHi,sys proﬁle by ? for an IGM ﬁlament the star-forming galaxies or the outer regions of intervening centred at a protogalactic clump with the halo mass of MNRAS 000, 000–000 (0000) ##LTFigure## ##LTFigure## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## 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text: and

text: the

text: UV

text: background

text: H

text: on

text: galaxy

text: scales

text: We

text: also

text: used

text: a

text: power-law

text: gas

text: density

text: wreiltahtiinona

text: tShieivs-tfereepe

text: NanHdi,ssyisn–gNleC-Civ,isvys-

text: component

text: C

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text: they

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text: be

text: thought

text: to

text: sample

text: a

text: by

text: integrating

text: nHi(r)

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text: a

text: line

text: of

text: sight

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text: halo

text: at

text: low-density

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text: where

text: the

text: gas

text: is

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text: and

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text: a

text: given

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text: parameter

text: ρ.

text: For

text: our

text: NFW

text: model,

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text: the

text: internal

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text: of

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text: gas

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text: presents

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text: relation

text: NHi,NFW(ρ)

text: R

text: nHi,NFW−(r)

text: r

text: dr,

text: overlaid

text: with

text: the

text: CLOUDY

text: predictions,

text: when

text: the

text: ﬁducial

text: ρ2

text: ρ

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text: relation

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text: The−data

text: are

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text: with

text: [C/H]

text: and

text: where

text: R

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text: a

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text: of

text: a

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text: halo

text: in

text: kpc,

text: for

text: ρ

text: and

text: log

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text: Note

text: that

text: the

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text: for

text: r

text: in

text: kpc,

text: nHi,NFW

text: in

text: cm

text: NHi,NFW(ρ)

text: cm

text: [C/H]

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text: reproduces

text: the

text: sharp

text: lower

text: edge

text: shown

text: For

text: an

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text: sphere,

text: at

text: log

text: NHi

text: Origins:

text: Filaments

text: and

text: galactic

text: halos

text: π

text: arcsin(ρ/R)

text: If

text: the

text: steep

text: NHi,sys–NCiv,sys

text: relation

text: for

text: Si

text: iv-free

text: C

text: i∈v

text: NHi,iso(ρ)

text: B

text: 2ρ

text: ρ

text: systems

text: is

text: produced

text: by

text: the

text: absorbing

text: gas

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text: [C/H]

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text: nH

text: the

text: two

text: best

text: candidates

text: Figure

text: shows

text: these

text: assumed

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text: for

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text: location

text: of

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text: are

text: the

text: IGM

text: ﬁlaments

text: close

text: to

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text: for

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text: of

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text: 22 Kim et al. Figure 20. The left panel shows various proﬁles of NHi,sys (thick curves) and NCiv,sys (thin curves) as a function of impact parameter ρ in kpc. The thick solid and dot-dot-dot-dashed curve∼s are an assumed NHi,sys proﬁle for the NFW and isothermal density proﬁles, respectively, with the parameters matching log NHi,sys 14 at 100kpc, a size of an assumed intervening halo. The thin solid red curve is a NCiv,sys proﬁle with NCiv,sys/NHi,sys = 0.01 for the shown NHi,NFW proﬁle. Thick and thin blue das×hed curves are NHi,sys and NCiv,sys proﬁles taken from Fig. 8 by ? for a ﬁlament centred at a simulated protogalactic clump of 1.2 109 M(cid:12). Their values are shown only upto 40kpc. The black solid and dark green dot-dot-dot-dashed thin curves are the expected NCiv,sys proﬁle to match the observed NHi,sys–NCiv,sys relation (magenta dot-dashed curve) in the right panel for the NFW and isothermal models, respectively. The data points in the right panel are the same as in Fig. ??. In both panels, the horizontal dotted line represents our Civ detection lim∼it, while the horizontal dot-dot-dot-dashed line is the Civ detection limit of log NCiv,gg = 13.5 from the galaxy-galaxy pair study at z 2.2 by ?. × 1.2 109 M(cid:12). For the NFW model, we assumed a halo size by multiplying the impact parameter axis by any number of 100 kpc and took a value of x = 16.1 kpc as for the Milky and the comparison of NHi,sys and NCiv,sys proﬁles at the Way (?). Then, we varied the value of A roughly to match same impact parameter does not depend on any assumed ∼ log NHi,NFW 14 at 100 kpc based on Fig. 7. This leads halo size. to a dimensionless constant A of log A = 15.0. We used Figure ?? implies that the NCiv,sys proﬁle should be a similar procedure to make an isothermal model to have ∼ diﬀerent from NHi,sys to reproduce the observed NHi,sys– log NHi,iso 14 at 100 kpc. NCiv,sys relation, regardless of the assumed NHi,sys proﬁle. Figure ?? also illustrates an expected NCiv,sys proﬁle NCiv,sys should have a rapid decrease compared to NHi,sys to reproduce the observed NHi,sys–NCiv,sys relation for a at closer to the halo size or the IGM ﬁlament size. As a given NHi,sys proﬁle. The Rauch NCiv,sys proﬁle gives an result, the extent of C iv should be much smaller than H i overall similar shape as our NHi,sys–NCiv,sys relation, but above our detection limit of H i and C iv. ∼ follows the upper envelope of our data, implying that their A similar trend has been found at z 2.2 from the simulation systematically overproduces NCiv,sys for a given galaxy-galaxy pair study by ?. Their composite background NHi,sys. When the ratio of NHi,sys and NCiv,sys is constant, galaxy spectrum shows a sharp decr∼ease in the C iv rest- a linear NHi,sys–NCiv,sys relation is expected (the thin solid frame equivalent width (REW) at 80–90 kpc above the (cid:62) line in the right panel). C iv detection limit, the C iv REW of 0.15 ˚A (roughly (cid:62) We note that our derived NCiv,sys proﬁle depends on log NCiv 1∼3.5). On the other hand, H i extends to a larger distance to 250 kpc, but shows a similar rapid falloﬀ in tahnedatshsautmoeudrNobHsi,esryvsepdrNoﬁHlei,swyhs–icNhCiisv,nsoyst rlieklealtyiotno ibsefrcoomrreacnt the H i REW at (cid:62) 0.31 ˚A (roughly log NHi (cid:62) 13.25) around ensemble of many gas clouds along the line of sight pass- 250 kpc. The rapid falloﬀ in NCiv,sys seems to continue to ing galaxies and IGM ﬁlaments of diﬀerent masses and sizes our smaller NCiv,sys range, implying that a line-of-sight C iv (see Fig. 1). As a more massive galaxy tends to have a larger extent is not very diﬀerent between log NCiv,limit = 13.5 and halo and a higher star-formation rate (?), our toy model of log NCiv,limit = 12.0. a 100 kpc halo size is too simplistic. Fortunately, the ob- We note that the NCiv,sys proﬁles displayed in Fig. ?? served NHi,sys–NCiv,sys relation is not a function of impact are diﬀerent from those observed by ?. Their comp∼osite spec- parameter, i.e. both integrated column densities are mea- t∼rum shows C iv absorption down to log NCiv ∼13.5 at sured at the same impact parameter. Moreover, simulations 90 kpc, while the same NCiv,sys is expected at ρ 14 kpc have found that density proﬁles of halos and the surround- for our toy-model NFW proﬁle. This discrepancy is mainly ing IGM ﬁlaments are self-similar when scaled with the virial due to the direct comparison of column density proﬁles as radius which is dependent on the galaxy mass (?). There- a function of impact parameter without normalised by the fore, our assumed column density proﬁles can be extended virial radius. The Steidel sample mainly consists of galax- MNRAS 000, 000–000 (0000) ##LTFigure## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## 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##LTLine## ##LTLine## ##LTLine## ##LTLine##

text: Kim

text: et

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text: Figure

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text: NHi,sys

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text: NHi,sys

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text: NCiv,sys

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text: halo

text: size.

text: to

text: a

text: dimensionless

text: constant

text: A

text: of

text: log

text: A

text: We

text: used

text: Figure

text: implies

text: that

text: the

text: NCiv,sys

text: proﬁle

text: should

text: be

text: a

text: similar

text: procedure

text: to

text: make

text: an

text: isothermal

text: model

text: to

text: have

text: diﬀerent

text: from

text: NHi,sys

text: to

text: reproduce

text: the

text: observed

text: NHi,sys–

text: log

text: NHi,iso

text: at

text: kpc.

text: NCiv,sys

text: relation,

text: regardless

text: of

text: the

text: assumed

text: NHi,sys

text: proﬁle.

text: Figure

text: also

text: illustrates

text: an

text: expected

text: NCiv,sys

text: proﬁle

text: NCiv,sys

text: should

text: have

text: a

text: rapid

text: decrease

text: compared

text: to

text: NHi,sys

text: to

text: reproduce

text: the

text: observed

text: NHi,sys–NCiv,sys

text: relation

text: for

text: a

text: at

text: closer

text: to

text: the

text: halo

text: size

text: or

text: the

text: IGM

text: ﬁlament

text: size.

text: As

text: a

text: given

text: NHi,sys

text: proﬁle.

text: The

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text: NCiv,sys

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text: gives

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text: result,

text: the

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text: of

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text: much

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text: overall

text: similar

text: shape

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text: our

text: NHi,sys–NCiv,sys

text: relation,

text: but

text: above

text: our

text: detection

text: limit

text: of

text: H

text: i

text: and

text: C

text: iv.

text: follows

text: the

text: upper

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text: of

text: our

text: data,

text: implying

text: that

text: their

text: A

text: similar

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text: has

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text: found

text: at

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text: from

text: the

text: simulation

text: systematically

text: overproduces

text: NCiv,sys

text: for

text: a

text: given

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text: pair

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text: by

text: Their

text: composite

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text: When

text: the

text: ratio

text: of

text: NHi,sys

text: and

text: NCiv,sys

text: is

text: constant,

text: galaxy

text: spectrum

text: shows

text: a

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text: in

text: the

text: C

text: iv

text: rest-

text: a

text: linear

text: NHi,sys–NCiv,sys

text: relation

text: is

text: expected

text: (the

text: thin

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text: equivalent

text: width

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text: at

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text: above

text: the

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text: limit,

text: the

text: C

text: iv

text: REW

text: of

text: ˚A

text: (roughly

text: We

text: note

text: that

text: our

text: derived

text: NCiv,sys

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text: On

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text: to

text: a

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text: to

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text: but

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text: a

text: similar

text: rapid

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text: in

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text: ibsefrcoomrreacnt

text: the

text: H

text: i

text: REW

text: at

text: ˚A

text: (roughly

text: log

text: NHi

text: around

text: ensemble

text: of

text: many

text: gas

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text: the

text: line

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text: sight

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text: The

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text: in

text: NCiv,sys

text: seems

text: to

text: continue

text: to

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text: and

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text: of

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text: masses

text: and

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text: our

text: smaller

text: NCiv,sys

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text: that

text: a

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text: Fig.

text: As

text: a

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text: to

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text: a

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text: is

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text: and

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text: and

text: a

text: higher

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text: our

text: toy

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text: halo

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text: too

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text: the

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text: We

text: note

text: that

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text: NCiv,sys

text: proﬁles

text: displayed

text: in

text: Fig.

text: served

text: NHi,sys–NCiv,sys

text: relation

text: is

text: not

text: a

text: function

text: of

text: impact

text: are

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text: from

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text: by

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text: parameter,

text: i.e.

text: both

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text: are

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text: shows

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text: to

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text: at

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text: at

text: the

text: same

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text: Moreover,

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text: while

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text: NCiv,sys

text: is

text: expected

text: at

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text: have

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text: that

text: density

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text: of

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text: and

text: the

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text: for

text: our

text: toy-model

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text: proﬁle.

text: This

text: discrepancy

text: is

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text: are

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text: when

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text: with

text: the

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text: to

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text: of

text: column

text: density

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text: as

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text: which

text: is

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text: a

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text: of

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text: parameter

text: without

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text: by

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text: our

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text: can

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text: The

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text: sample

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text: of

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