基于21厘米观测对z=8.4处星系际介质温度的约束

我们计算了由PAPER-64最近测量的21厘米功率谱上限所隐含的z=8.4星系际介质(IGM)自旋温度$T_{\rm S}$的稳健下限。与以往使用单一再电离(EoR)模型的研究不同，我们的方法对EoR模型的大参数空间进行采样：这是估计$T_{\rm S}$约束时的主导不确定性。允许$T_{\rm S}$为自由参数，并在我们的马尔可夫链蒙特卡洛代码21CMMC中边际化EoR参数，我们推断出对于平均IGM中性分数$\bar{x}_{\rm H{\scriptsize I}}\gtrsim0.1$，有$T_{\rm S}\ge3 {\rm K}$（约对应于$1\sigma$）。我们通过纳入基于以下的附加EoR约束进一步改进这些极限：(i) QSO光谱中的暗分数，其暗示严格上限$\bar{x}_{\rm H{\scriptsize I}}[z=5.9]\leq 0.06+0.05 \,(1\sigma)$；(ii) 由Planck卫星测量的电子散射光学深度$\tau_{\rm e}=0.066\pm0.016\,(1\sigma)$。通过限制允许的EoR模型，这些附加观测将自旋温度的近似$1\sigma$下限收紧至$T_{\rm S} \ge 6$ K。因此，即便此类初步的21厘米观测也开始排除诸如“冷再电离”的极端情景，暗示至少存在某些先前的IGM加热。此处发展的分析框架可应用于即将到来的21厘米观测，从而提供关于加热并随后再电离极早期宇宙之源的独特见解。