通过红移21厘米图中的气泡探测约束类星体与IGM性质

对z>7类星体的红外探测开启了一扇在再电离时期直接探测IGM的新窗口。本文在理论上考虑了利用GMRT进行有针对性的红移21厘米观测，探测z=8类星体周围电离气泡的可能性。在远处观测者看来，电离气泡的视形状和大小取决于参数 $\dot{N}_{phs}/C$、$x_HI/C$ 和 $\tau_Q$，其中 $\dot{N}_{phs}$、$\tau_Q$、$x_HI$ 和 $C$ 分别为光子发射率、类星体年龄、IGM的中性分数和结块因子。本文在假设IGM均匀且忽略类星体以外其他电离源的情况下，解析估计了类星体电离气泡的形状和大小，并将其作为利用GMRT可见度数据进行匹配滤波气泡搜索的模板。我们假设 $\dot{N}_{phs}$ 可由红外光谱获知，$C$ 由理论考量给出，从而得到气泡的两个自由参数 $x_HI$ 和 $\tau_Q$。考虑1000小时的观测，我们发现存在相当大的参数空间区域可能实现 $3\sigma$ 探测。我们还发现，通过此次观测可以对 $x_HI$ 和 $\tau_Q$ 设定下限。更深入的后续观测可以对 $\tau_Q$ 和 $x_HI$ 设定上限。$C$ 的值会影响 $x_HI$ 的估计，但 $\tau_Q$ 的估计不受影响。我们使用半数值技术，在考虑存在其他电离源和IGM不均匀性的情况下，模拟了类星体电离气泡的视形状和大小。其他源的存在增加了类星体气泡的尺寸，导致对 $x_HI$ 的低估。类星体周围其他电离源的聚集会在气泡形状上产生严重畸变。然而，这并不会严重影响较大气泡的参数估计。