21CMMC：一种支持宇宙 21 cm 信号天体物理参数研究的 MCMC 分析工具

我们介绍了 21CMMC：一种并行化的马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）分析工具，集成了再电离时期（EoR）的半数值模拟 21CMFAST。21CMMC 利用 21 cm EoR 实验估计天体物理参数约束，适应各种 EoR 模型，以及模型参数和再电离历史的先验。为了说明其效用，我们考虑了两种不同的 EoR 情景：一种具有单一种类的星系（具有与质量无关的电离效率），另一种是更通用的模型，具有两种不同的、受反馈调节的种群（每种具有与质量相关的电离效率）。例如，结合 21 cm 功率谱的三次观测（z=8、9 和 10），采用保守的噪声估计和均匀模型先验，我们发现具有类似 Low Frequency Array/Hydrogen Epoch of Reionization Array (HERA)/Square Kilometre Array 1 (SKA1) 规格的干涉仪可以约束常见的再电离参数：电离效率（或类似的逃逸分数）、电离光子的平均自由程以及恒星形成晕的最小维里温度的对数，其 $\sim1\sigma$ 分数不确定性分别在 45.3/22.0/16.7、33.5/18.4/17.8 和 6.3/3.3/2.4 百分比以内。相反，如果我们乐观地假设可以完美表征 EoR 建模的不确定性，我们可以将这些约束提高约几倍。同样，平均中性分数的分数不确定性可以被约束在 HERA 和 SKA1 的 $\lesssim10$ 百分比以内。通过研究对天体物理约束的影响，21CMMC 可用于优化 (i) 干涉仪设计；(ii) 前景去除算法；(iii) 观测策略；(iv) 表征 21 cm 信号的替代统计量；以及 (v) 与其他观测项目的协同效应。