模拟宇宙黎明期间X射线加热的影响

即将对来自再电离时代的21厘米信号进行的观测将很快提供对该时代的首次直接探测。该信号受许多天体物理效应的影响，包括星系际气体的长程X射线加热。在前述的宇宙黎明时代，这种加热对21厘米信号的影响尤为显著，特别是在自旋温度饱和之前。我们展示了迄今为止该时代包含氦和多频加热效应的、最大体积（349 Mpc共动=244 $h^{-1}$Mpc）的全数值辐射转移模拟，分别考虑了有X射线源和无X射线源的情况。我们表明，X射线源对中性星系际介质的早期加热及其相应的21厘米信号有显著贡献。与仅恒星的情况相比，包含硬高能辐射产生了一个更早且更延展的从吸收到发射的转变。X射线源的存在降低了平均21厘米微分亮温度的绝对值。与温度饱和的常见假设相比，这些硬源还显著增加了21厘米的涨落。21厘米微分亮温度功率谱最初在大尺度上得到增强，随后在所有尺度上下降。与冷的、未加热的星系际介质情况相比，该信号具有较低的均方根涨落和增加的非高斯性，后者由21厘米概率分布函数的偏度和峰度来衡量。分辨率约为11角分的21厘米信号图像仍然显示出远高于 SKA1-Low 深度积分预期噪声的涨落，表明对X射线加热时代进行直接成像是可行的。