基于双高斯分解技术从 SKA 模拟观测中约束中性氢分数
宇宙学与河外天体物理
2025-11-18 v1
摘要
再电化时代 (EoR) 是宇宙历史上的一个独特阶段，标志着由第一次光源对中性氢进行电离。 全球中性氢分数 (x_HI) 是探索该时代的关键可观测量。 本文提出一种新颖且统计上稳健的方法，从 Square Kilometre Array (SKA) 数据挑战 3b 中的噪声主导数据中提取 x_HI 的演化。我们的方法基于一个关键物理见解：SKA 景度图中像素值的分布是来自电离区域和中性区域信号的混合。 我们将该分布建模为两个高斯分量的叠加——一个固定在零值代表噪声和电离气泡，第二个偏移的高斯分布追踪中性氢信号。 我们对数据按三个红移区间进行此分解。 双高斯模型对像素直方图数据提供了优异的拟合。 派生的 x_HI 值显示出随三个红移区间清晰的递减趋势，符合进行中的再电化过程。 结果与提供的模拟数据一致。 该方法为从 21 cm 数据中测量 x_HI 提供了一种强大、模型无关且完全可解释的方式，展示了对未来 SKA 观测具有显著潜力。
引用
@article{arxiv.2511.13370,
title = {Constraining the Neutral Hydrogen Fraction from SKA Simulated Observation using a Double-Gaussian Decomposition Technique},
author = {Jiajun Zhang and Huanyuan Shan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.13370},
year = {2025}
}