Constrainando simultáneamente la astrofísica de la reionización y la época de calentamiento con 21CMMC

El señal cósmica de 21 cm está destinada a revolucionar nuestra comprensión del Universo temprano, permitiéndonos sondear la estructura de temperatura e ionización en 3D del medio intergaláctico (IGM). Abrirá una ventana a las primeras galaxias no vistas, mostrándonos cómo sus fotones UV y de rayos X impulsaron los hitos cósmicos de la época de reionización (EoR) y la época de calentamiento (EoH). Para facilitar la inferencia de parámetros a partir de la señal de 21 cm, desarrollamos previamente 21CMMC: un muestreador de cadenas de Markov de Monte Carlo de simulaciones de EoR en 3D. Aquí, extendemos 21CMMC para incluir la modelización simultánea de la EoH, resultando en un marco de inferencia bayesiana completo para la astrofísica que domina las épocas observables de la señal cósmica de 21 cm. Demostramos que los interferómetros de segunda generación, el Arreglo de la Época de Reionización de Hidrógeno y el Arreglo de Kilómetros Cuadrados serán capaces de restringir las propiedades de fuentes ionizantes y de rayos X de las primeras galaxias con una precisión fraccionaria del orden de ∼1–10 por ciento (1σ). La historia de ionización del Universo puede restringirse a un par de por ciento. Usando nuestro marco extendido, cuantificamos el sesgo en la recuperación de parámetros de EoR ocasionado por la simplificación común de una temperatura de espín saturada en el IGM. Dependiendo del grado de superposición entre la EoR y la EoH, los parámetros astrofísicos recuperados pueden estar sesgados en ∼3σ–10σ.