利用 MWA 近期多红移 21 厘米信号上限探索再电离与高红移星系可观测量

我们利用 Murchison Widefield Array（MWA）最新的多红移（$z=6.5-8.7$）21 厘米信号上限来探索与数据不一致的天体物理模型。这些上限是利用四个观测季中 298 小时经过仔细剔除的数据得到的。为了在再电离天体物理背景下探索这些上限，我们使用了 21CMMC。随后，我们将参数空间中不受青睐的区域与现有的再电离观测约束联系起来，例如高红移星系紫外（UV）光度函数、背景 UV 光致电离率、星系际介质（IGM）中性 fraction、电子散射光学深度以及软波段 X 射线发射率。我们发现，绝大多数被 MWA 上限排除的模型已经与现有观测约束不一致。这些不一致的模型来自两类模型：（i）「冷」再电离和（ii）纯物质密度涨落（即无再电离）。然而，有一小部分模型是一致的，这意味着现有 MWA 上限提供了排除再电离模型的独特信息，尽管极其微弱。我们还首次给出了高红移星系软波段 X 射线发射率的上限，发现 $1\sigma$ 下限为 $\epsilon_{{\rm X},0.5-2~{\rm keV}}\gtrsim10^{34.5}$ erg s$^{-1}$ Mpc$^{-3}$。最后，我们恢复了在 $z=6.5, 6.8, 7.1, 7.8, 8.2, 8.7$ 处 IGM 自旋温度的 95% 排除上限 $\bar{T}_{\rm S}\lesssim$ 1.3, 1.4, 1.5, 1.8, 2.1, 2.4 K。由此我们推断，IGM 至少经历了少量的 X 射线加热。注意，对 $\epsilon_{{\rm X},0.5-2~{\rm keV}}$ 和 $\bar{T}_{\rm S}$ 的限制是以 IGM 中性 fraction 为条件的。