再电离时期星系的性质：来自 JWST 光度函数与 21 厘米干涉测量的约束

下一代天文台将使我们能以空前细节研究宇宙的第一个十亿年。其中首要的是 HERA 与 SKA 的 21 厘米干涉测量，以及詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）的高红移星系观测。采用一个基本星系模型，其中允许恒星形成率和电离光子逃逸分数对晕质量具有幂律依赖并在某阈值以下指数截断，我们量化了如何通过这些仪器的观测约束高红移星系的天体物理。为此，我们基于两种不同的流体动力学宇宙学模拟生成模拟 JWST 光度函数（LFs）；这些模拟的内禀光度函数在不同的尺度上转折，但仍与当今观测完全一致。我们还使用 SKA1 的 1000 小时观测与适度前景模型生成模拟 21 厘米功率谱观测。仅用 JWST 数据，我们预测恒星形成率—晕质量关系及光度函数峰值尺度（即转折）的分数不确定性相比 HST 有 2–3 倍的改善。若（i）我们能比当前更好地刻画透镜系统误差；或（ii）内禀光度函数在亮于 $M_{\rm UV} \lesssim -13$ 星等处峰值，则多数调控 UV 星系性质的参数可被约束在 $\sim 10$% 或更好水平。否则，相对基于 HST 的推断改善有限。当与即将到来的 21 厘米观测结合时，我们能显著缓解简并，并约束所有天体物理参数，即便对我们关于即将到来 JWST 光度函数的最悲观假设亦然。21 厘米观测还使再电离（EoR）历史的约束改善了约一个数量级。