21cmfish：基于费舍尔矩阵框架从宇宙 21 厘米信号快速预测参数

早期宇宙中中性氢的 21 厘米信号将提供关于首批恒星与星系的空前信息。然而，提取该信息需考虑许多未知天体物理过程。半数值模拟是探索这些过程广阔参数空间的关键。这类模拟使用如逾渗集与微扰理论等近似技术来模拟星系际介质的三维演化，其计算代价仅为流体动力学和/或辐射转移模拟的一小部分。然而，探索首批星系的庞大参数空间在计算上仍可能十分昂贵。在此我们介绍 21cmfish，一个面向半数值模拟 21cmFAST 的费舍尔矩阵封装工具。21cmfish 促进了高效的参数预测，在假设多元高斯后验下可扩展到比 MCMC 方法显著更高的维度。我们的方法产生与先前 MCMC 分析相当的参数不确定性预测，但所需模拟少约 10$^4$ 倍。这使得快速原型化添加新物理和/或额外参数的分析成为可能。我们利用迄今最大的天体物理参数空间(含 10 个自由参数，涵盖第二代与第三代恒星形成)对 HERA 进行了预测。我们发现首批星系的 X 射线参数可被测量至亚百分精度，并且尽管高度简并，第二代与第三代星系的恒星-晕质量关系与电离光子逃逸分数可被限制到约 10% 精度(对数量)。利用主成分分析，我们发现 HERA 对第二代星系的电离逃逸分数与恒星-晕质量分数之积最为敏感。