21厘米森林的详细建模

21厘米森林是再电离时期的一种有前景的探测手段。星系际介质(IGM)的局部状态通过本地21厘米波长的吸收编码在背景源（射电噪类星体或伽马射线暴余辉）的光谱中，导致连续且起伏的吸收水平。IGM中的小尺度结构（细丝和迷你晕）负责最强的吸收特征。吸收也可在大尺度上由不均匀加热和 Wouthuysen-Field 耦合调制。我们展示了一个模拟的结果，该模拟试图在解析部分小尺度结构（50 Mpc/h盒子中几kpc分辨率）的同时保留宇宙学环境。该模拟耦合了动力学和电离辐射转移，并包含X射线和莱曼线辐射转移以进行详细的物理建模。因此我们发现，软X射线自屏蔽、莱曼阿尔法自屏蔽和激波加热都对诸如细丝等中等过密结构的21厘米光深预测值有影响。对视向速度的正确处理也至关重要。对这些过程建模似乎对准确预测是必要的，且只能在足够高的分辨率下完成。因此，基于我们的基准模型，我们估计 LOFAR 应当能够在位于 z=10 的 20 mJy 源的几十分之几 MHz 频率范围内探测到几个（强）吸收特征，而 SKA 将提取同一源的大部分吸收信息。