21厘米观测中宇宙射线加热的印记

超新星产生的宇宙射线带走了其母星一生能量辐射的很大一部分，这使其成为加热早期宇宙星系际介质（IGM）的一种合理机制。在回顾现有关于宇宙射线加热的文献后，我们开发了一个灵活的该加热机制模型，用于三维半数值 21 厘米信号模拟，并首次研究了它在 21 厘米功率谱和层析图上留下的印记。我们发现，宇宙射线对 IGM 的加热是短程的，导致加热聚集在恒星形成位点周围，并在加热的 21 厘米发射区与未加热的吸收区之间形成尖锐对比。这种对比使得宇宙射线加热情形下的小尺度功率大于 X 射线加热情形，从而提出了一种利用未来 21 厘米观测检验 IGM 加热性质的方法。最后，我们发现，在宇宙射线仅能高效从低质量晕中逃逸的模型中（例如这些高能粒子起源于第三星族超新星遗迹的情形），存在出乎意料丰富的热历史。这些模型中加热与 Lyman-Werner 反馈的相互作用可在 IGM 动力学温度上产生局部峰值，并在有限参数范围内使全局 21 厘米信号中的吸收槽变平。