Ableitung astrophysikalischer Parameter mittels des 2D-zylindrischen Leistungsspektrums aus der Reionisation

ZUSAMMENFASSUNG Das Verständnis der ersten Galaxien, die für die Reionisation verantwortlich sind, erfordert die Detektion des 21-cm-Signals von neutralem Wasserstoff. Die Interpretation der Fülle an Informationen, die in diesem Signal eingebettet sind, erfordert eine Bayessche Inferenz. Die Parameterschätzung aus dem 21-cm-Signal ist hauptsächlich auf das sphärisch gemittelte Leistungsspektrum (1D PS) beschränkt, da dessen relativ einfache Ableitung einer analytischen Likelihood-Funktion traditionelle Monte-Carlo-Markov-Chain-Ansätze ermöglicht. In den letzten Jahren ist jedoch die simulationsbasierte Inferenz (SBI) möglich geworden, die die Notwendigkeit einer analytischen Likelihood beseitigt und die Verwendung komplexerer Zusammenfassungsstatistiken des 21-cm-Signals für die Bayessche Inferenz ermöglicht. In dieser Arbeit verwenden wir SBI, speziell die marginale Schätzung des Verhältnisses von Neuronen, um das Verhältnis von Likelihood zu Evidenz mit swyft zu lernen, um die Parameterschätzung unter Verwendung des zylindrisch gemittelten 2D PS zu untersuchen. Da das 21-cm-Signal anisotrop ist, sollte das 2D PS im Vergleich zum 1D PS, das das Signal isotrop mittelt, restriktivere Informationen liefern. Dazu betrachten wir eine fiktive Beobachtung des 21-cm-Signals über 1000 Stunden unter Verwendung des Square Kilometre Array und vergleichen die Leistung des 2D PS im Vergleich zum 1D PS. Darüber hinaus erforschen wir zwei separate Strategien zur Minderung von Störsignalen, perfekte Störsignalbeseitigung und Keulenvermeidung. Wir stellen fest, dass das 2D PS das 1D PS übertrifft, indem es die marginalen Unsicherheiten bei einzelnen astrophysikalischen Parametern um bis zu 30–40 Prozent verbessert, unabhängig von der Strategie zur Minderung von Störsignalen. Die Verbesserungen resultieren hauptsächlich daraus, wie das 2D PS zwischen den transversalen, k, und rotverschobenen, k, Informationen unterscheidet, wodurch eine größere Sensitivität gegenüber der komplexen Morphologie der Reionisation ermöglicht wird.