21 厘米层析成像揭示的再电离期间气泡尺寸统计

即将建成的 SKA1-Low 射电干涉仪将具有足够的灵敏度，能够产生再电离纪元红移 21 厘米信号的层析成像数据。由于信号的非高斯分布，仅靠功率谱分析无法完整描述其特性。在此，我们考虑一个可从层析成像数据中导出的额外度量，即电离区域的气泡尺寸分布。我们研究了先前用于表征模拟数据中氢电离分数气泡尺寸分布的三种方法——球面平均法、平均自由程法和朋友之友法——并将它们应用于模拟的 21 厘米数据立方体。我们的模拟数据立方体具有 SKA1-Low 再电离实验预期的（由灵敏度决定的）分辨率，并且我们研究了光锥效应和红移空间畸变效应的影响。为了在 21 厘米数据中识别电离区域，我们引入了一种基于 K-Means 算法的新的自适应阈值方法。我们发现，以这种方式识别的电离细胞比例始终低于平均体积加权电离分数。通过对三种气泡尺寸方法的比较，我们得出结论：这三种方法都很有用，但平均自由程法在追踪再电离进程和区分不同再电离场景方面表现最佳。研究发现，光锥效应会影响频率跨度超过约 10 MHz（$\Delta z\sim0.5$）的数据。我们发现红移空间畸变仅对气泡尺寸分布产生轻微影响。