Verbesserte Einschränkungen des 21 cm EoR-Leistungsspektrums und der Röntgen-Heizung des IGM mit HERA Phase I Beobachtungen

Zusammenfassung: Wir berichten über die empfindlichsten oberen Grenzen bisher für das 21 cm Epoch der Reionisierung Leistungsspektrum, basierend auf 94 Nächten der Beobachtungen mit Phase I des Hydrogen Epoch of Reionization Array (HERA). Mit ähnlichen Analysetechniken wie in zuvor berichteten Grenzen finden wir bei 95% Konfidenz, dass Δ 2 ( k = 0.34 h Mpc −1 ) ≤ 457 mK 2 bei z = 7.9 und dass Δ 2 ( k = 0.36 h Mpc −1 ) ≤ 3496 mK 2 bei z = 10.4, eine Verbesserung um das 2.1- und 2.6-fache, jeweils. Diese Grenzen sind größtenteils konsistent mit thermischem Rauschen über einen weiten Bereich von k nach unseren Qualitätsbereinigungen, trotz einer relativ konservativen Analyse, die darauf ausgelegt ist, Signalverluste zu minimieren. Unsere Ergebnisse werden sowohl durch statistische Tests an den Daten als auch durch End-to-End-Pipeline-Simulationen validiert. Wir berichten auch über aktualisierte Einschränkungen der Astrophysik der Reionisierung und der kosmischen Dämmerung. Mit mehreren unabhängigen Modellierungs- und Inferenztechniken, die zuvor von der HERA-Kooperation verwendet wurden, finden wir, dass das intergalaktische Medium mindestens so früh wie z = 10.4 über die adiabatische Kühlgrenze hinaus beheizt worden sein muss, was eine breite Palette sogenannter „kalte Reionisierungs“-Szenarien ausschließt. Wenn diese Heizung auf hochmassige Röntgenbinärstern während der kosmischen Dämmerung zurückzuführen ist, wie allgemein angenommen wird, schließt das 99% glaubwürdige Intervall unseres Ergebnisses die lokale Beziehung zwischen weicher Röntgen-Luminosität und Sternentstehung aus und erfordert somit eine Beheizung, die durch entwickelte Sterne mit niedriger Metallizität angetrieben wird.