描绘 21-cm 功率谱的参数空间

高红移中性氢的 21-cm 信号预计将在未来十年内被观测到，并将揭示此前无法触及的宇宙演化时期。由于缺乏观测，许多早期发生的天体物理过程约束甚少。在最近的工作中，我们探索了天体物理参数空间以及由此产生的多种多样的可能的全球（天空平均）21-cm 信号。在此，我们将分析扩展到 21-cm 信号的涨落，考虑了由密度和速度、Ly$\alpha$ 辐射、X 射线加热和电离引入的涨落。尽管辐射源通常被强调，但我们发现许多情况下密度涨落在中等红移处起重要作用。利用功率谱及其斜率，我们表明高红移源的性质可从涨落图样的可观测特征中提取。例如，电离涨落的峰值幅度可用于估计加热发生得早或晚，并且在早的情况下还可推断当时的宇宙平均电离分数。功率谱的斜率比功率谱本身具有更普遍的红移演化，因此可更容易地用作高红移天体物理的示踪量。其峰值可用于例如估计 Ly$\alpha$ 耦合转变的红移和加热转变的红移（以及当时的平均气体温度）。我们还表明，功率谱特征与全球信号特征之间预测存在紧密关联，可能提供重要的一致性检验。