量化类星体 IGM 阻尼翼测量的精度

我们研究了高红移类星体 (QSO) 光谱上由前景中性星系际介质 (IGM) 印刻的 Lyman-α 阻尼翼特征测量宇宙再电离历史的精度。我们利用一个新颖的推断流程，该流程基于整个光谱（Lyman-α 线红侧和蓝侧）的生成概率模型，考虑了所有相关的不确定性来源——由斑块状再电离引起的随机性、类星体电离辐射对 IGM 的影响、其未知的本征光谱以及光谱噪声。通过执行基于 JAX 的快速哈密顿蒙特卡洛 (HMC) 参数推断，我们精确测量了潜在的全局 IGM 中性分数以及类星体的寿命。在超过一千个模拟上运行一系列测试，我们发现当使用六参数 PCA 连续谱模型（五个系数和一个归一化）处理信噪比 ~10 的光谱时，可获得最佳精度，该光谱被分箱到 ~500 km/s 的速度像素尺度，并且至少延伸到 C IV λ1549 Å 发射线。在边缘化与类星体连续谱相关的 nuisance 参数后，单个光谱将 IGM 中性分数约束为 28.0_{-8.8}^{+8.2}%，类星体寿命约束为 0.80_{-0.55}^{+0.22} dex，对于具有更强 IGM 阻尼翼印记的光谱，改进尤为显著。通过对统计类星体样本进行平均，可以实现更高的精度。我们确定了两个主要的不确定性来源，它们对总误差预算的贡献大致相等：不确定的类星体连续谱模型以及由再电离拓扑和类星体电离前沿位置共同引起的中性区域的随机分布。