来自首批星系的X射线和硬紫外辐射：电离泡与21厘米观测

首批恒星和类星体是宇宙最初十亿年内硬电离辐射的已知来源。我们研究了来自这些首批光源的X射线和硬紫外辐射对早期星系际介质（IGM）氢和氦再电离的联合效应，以及相关的加热过程。我们研究了围绕包含首批恒星和/或类星体种群的早期星系，单个HII、HeII和HeIII区域的增长和演化。我们发现，在存在氦电离辐射的情况下，X射线可能不会主导红移z=10-20时IGM的电离和热历史，其对IGM电离的贡献相对较小，并将IGM温度加热至约10^3-10^5 K。我们还计算了在这些红移下，由无金属星暴和类星体构成的若干场景所预期的21厘米信号。在这些情况下，自旋温度的峰值达到约10^4至10^5 K。21厘米亮温度的最大值在发射中约为30-40 mK，而21厘米吸收信号的净值在0.01-1 Mpc尺度上从约几mK到60 mK不等。我们发现，X射线与紫外电离的21厘米特征可能是不同的，仅由X射线预期的发射信号发生在比紫外辐射更小的尺度上，这是由于X射线和紫外电离/加热所固有的不同空间尺度所致。这种差异是随时间变化的，并且随着X射线对总电离光子产生贡献的增加而变得更难区分。因此，X射线和紫外光子这种不同的尺度依赖性贡献可能会“模糊”早期暗晕周围电离泡渗流（取决于宇宙X射线背景还是紫外背景首先建立）的21厘米特征，并影响对再电离的21厘米数据约束的解释。