再电离时期星系风 X 射线对星系际介质的加热

本文计算了再电离时期 (EoR) 星系风产生的弥漫软 X 射线辐射率。我们考虑了两个解析模型——压力驱动星系风模型和超气泡模型，以及一个包含气体动力学的来自最初十亿年 (FiBY) 项目的三维宇宙学模拟。解析模型经过归一化以匹配邻近宇宙中恒星形成星系的弥漫 X 射线辐射率。宇宙学模拟采用了基于物理动机的恒星形成与星系风方案，并包含了辐射转移修正。研究发现，所有模型和模拟均对星系际介质产生了足够的加热，使得当前及计划中的射电设备能够通过 EoR 期间的 21 cm 测量探测到该信号。虽然解析模型预测相对于宇宙微波背景的 21 cm 发射信号在 $z_{\rm trans} \simeq 8 - 10$ 时开始出现，但 FiBY 模拟预测的信号在再电离完成之前一直保持吸收状态。21 cm 吸收微分亮温度达到最低值 $\Delta T \simeq -130$ 至 $-200$ mK，具体取决于模型。允许来自高质量 X 射线双星的额外加热将发射转变点推至 $z_{\rm trans} \simeq 10 - 12$，此时吸收特征较浅，最低值为 $\Delta T \simeq -110$ 至 $-140$ mK。21 cm 信号可能成为区分星系风模型的一种手段，其中超气泡模型倾向于更早的再加热。虽然较早的发射转变可能表明 X 射线双星主导了再加热，但早于 $z_{\rm trans} > 12$ 的发射转变将暗示存在额外的热源。