解码再电离前时期源的 X 射线特性

X 射线光度 - 恒星形成率 ($L_X$-SFR) 关系的演化可能提供早期宇宙中存在顶部重恒星初始质量函数的首个证据，因为大质量恒星和双星系统的丰度预计都会随着金属丰度的降低而增加。全天平均（全局）21-cm 信号有望通过对星际介质热历史的约束来检验这一预测，因为 X 射线最容易逃离星系并在大尺度上加热气体。解释即将进行的 21-cm 测量结果的一个重大复杂因素是高红移处吸积黑洞的未知能谱，这取决于吸积天体的质量以及诸如吸积盘光子如何被盘大气和宿主星系星际介质处理等约束不佳的过程。采用一种求解宇宙学辐射转移方程 (RTE) 的新方法，我们表明特征黑洞质量的合理变化会影响 21-cm 信号最小值的幅度，程度约为 $\sim 10-20$ mK，这与常用 RTE 近似所引发的误差相当；而由于康普顿散射（束缚 - 自由吸收）导致的内禀盘谱修正可将全局信号最小值的位置移动 $\Delta z \approx 0.5$（$\Delta z \approx 2$），并针对给定的吸积历史将其幅度改变高达 $\approx 10$ mK（$\approx 50$ mK）。此类偏差大于当前全局 21-cm 信号提取算法预期的不确定性，且极易与 $L_X$-SFR 关系的演化相混淆。