基于 2D 21 cm 功率谱的电离历史仿射推断
宇宙学与河外天体物理
2026-04-15 v2
摘要
21 cm 信号包含有关第一次恒星形成和星际介质电离化的广泛信息，这是宇宙黎明（CD）和电离化时期（EoR）中的关键里程碑。由于仅通过间接测量（如宇宙微波背景（CMB）光学深度或 Lyman-α 森林）对这些重要节点时间进行了大致约束，因此推断电离历史在宇宙时间上的中性分数是21 cm 实验（如 Square Kilometer Array, SKA）的目标。我们对两种推断 21 cm 2D 功率谱（2DPS）中天文学参数和电离历史的方法进行对比。我们开发了一个基于 21cmFAST 模拟训练的 21 cm 2DPS 模型，纳入预期的 SKA 仪器噪声和样本方差。随后，我们使用神经后验估计（NPE）进行仿射推断（SBI）。我们比较在基于 21cmFAST 模拟获得的带噪声 2DPS 数据集和模型上进行训练，以推断感兴趣的天文学参数。使用针对同一天文学参数的模拟训练的电离历史模型，我们随后获得电离历史在红移范围 z ~ 5-12 的后验分布。我们证明两种方法都能够准确恢复电离历史和天文学参数。然而，覆盖性测试表明，加入模拟样本并未提升预测。本工作表明，由于 2DPS 的随机性，使用该摘要统计量的模型可能导致推断效果更差。
引用
@article{arxiv.2508.16329,
title = {Simulation based inference of the ionization history from the 2D 21 cm power spectrum},
author = {Nadia Cooper and Carina Norregaard and Romain Meriot and Jonathan R. Pritchard},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.16329},
year = {2026}
}
备注
Accepted for publication in MNRAS, 16 pages, 17 figures