基于MCMC约束的半数值模型的再电离时代21cm预测

最近Planck（2016）测得的Thomson散射积分光学深度的较低值表明，再电离发生得相当突然，这与扩展的再电离情景相悖。这将对21cm功率谱产生重大影响。使用半数值框架，我们改进了Hassan等人（2016）的模型，以包含时间积分的电离和复合效应，并发现这导致了更突然的再电离。它还产生了更大的HII气泡，这使得大尺度上的21cm功率增加了一个数量级，同时抑制了小尺度的电离功率。中性氢密度的局部涨落在大尺度上提升21cm功率谱中起主导作用，而复合是次要的。我们使用蒙特卡罗马尔可夫链方法将我们的模型约束在Bouwens等人（2015）在z = 6, 7, 8处的恒星形成率函数观测、Planck（2016）光学深度测量以及Becker & Bolton（2013）在z~5处的电离发射率数据上。然后，我们使用这一约束模型对LOFAR、HERA和SKA进行21cm预测，以确定此类数据能在多大程度上表征驱动再电离的源。我们发现，仅21cm功率谱就能在一定程度上约束电离源的晕质量依赖性、光子逃逸分数和电离幅度，但将21cm数据与其他当前观测结合，使我们能够分别约束所有这些参数。我们的框架说明了随着观测的改进，21cm数据如何在理解再电离的源和拓扑结构中发挥关键作用。