来自 PAPER-32 的 21cm EoR 新限制：与 z=7.7 处 X 射线加热的 IGM 一致

我们提出了基于在南非使用 32 天线、双偏振部署的 Donald C. Backer 精确探测再电离时代阵列 (PAPER) 进行 3 个月观测所得的 21cm 再电离时代 (EoR) 功率谱的新限制。在本文中，我们展示了延迟谱 (delay-spectrum) 方法在避免前景干扰方面的有效性，实现了超过 8 个数量级的前景抑制（单位为 $\textrm{mK}^2$）。将这种方法与去除由仪器系统误差引起的非对角协方差的程序相结合，我们在 $z=7.7$ 处针对 $k=0.27 h\textrm{Mpc}^{-1}$ 达到了 $(41\,\textrm{mK})^2$ 的最佳 2-sigma 上限。该限制处于预期 21cm EoR 信号水平较亮预测值的一个数量级范围内。利用这些测量设定的上限，我们为各种再电离模型生成了中性区域中 21cm 发射亮温的新限制。我们表明，对于几种电离情景，我们的测量结果与冷再电离不一致。也就是说，中性星际介质 (IGM) 的加热对于与我们报告的限制保持一致是必要的。因此，我们有提示性证据表明，到 $z=7.7$ 时，HI 已从其冷的原始状态被加热，可能是由大质量 X 射线双星或迷你类星体发出的 X 射线所致。这一证据的强度取决于 IGM 的电离状态，而我们目前尚无法对此加以限制。该结果与关于再电离如何进行的标准预测一致。