红移21cm谱线涨落方差和偏度对再电离期模型的期望约束

天线波束色度对红移21~cm功率谱的影响及再电离阵列氢时代的意义

Effects of Antenna Beam Chromaticity on Redshifted 21~cm Power Spectrum and Implications for Hydrogen Epoch of Reionization Array

由于前景和仪器的系统性不明确，严重限制了现有实验对再电离期（EoR）红移21 cm信号的探测灵敏度。即将进行的实验面临着一个挑战，即每个天线元件提供更多的收集面积，而不会降低系统学的数据。本文及其同伴表明，使用氢时代再电离阵列（HERA）作为一个例子，碟是可行的，以实现这种平衡。在这里，我们特别确定与天线功率模式相关的频谱系统学作为对所有EoR实验的重大损害，其导致已经明亮的前景功率泄漏远远超出理想限制并污染原本干净的EoR信号模式。这种色度的主要来源是天线馈电组件中以及相邻天线中的结构之间的反射。使用精确的前景模拟考虑到宽场效应，我们提供了一个框架，以设置宇宙学动机的设计规范，这些反射，以防止进一步的EoR信号退化。我们表明HERA将不会受到这种光谱系统学的阻碍，并证明即使在不执行前景去除的保守情况下，HERA也会以高显著性检测视线$k$模式（$k_\parallel \gtrsim 0.2\,h$ ~Mpc $^{-1}$）中的EoR信号。19单元HERA布局中的所有基线都能够在天空的大量观测窗口上探测EoR。

再电离阵氢历元及其建立阶段对红移21厘米观测一点统计的敏感性

Sensitivity of the Hydrogen Epoch of Reionization Array and its Build-out Stages to One-point Statistics from Redshifted 21 cm Observations

我们提出了一个基线敏感性分析的氢时代的再电离阵列（HERA）和它的构建阶段的一点统计（方差，偏度和峰度）的红移21厘米强度波动的再电离时代（EoR）的基础上现实的模拟观测。通过开发一个全天空21厘米光锥模型，考虑到适当的视野和频率带宽，利用一个现实的测量方案，并假设完美的前景去除，我们表明，HERA将能够恢复统计的天空模型与高灵敏度的平均测量从多个领域。所有构建阶段都将能够检测方差，而HERA128和更大的偏度和峰度应该是可检测的。我们确定样本方差作为方差测量的限制约束，而偏度和峰度测量将主要受到热噪声的限制。可以通过执行频率合并和加窗来提高灵敏度。此外，我们发现，强样本方差波动的峰度测量从一个单独的领域的观察表明，存在边远的冷或热区域的基础波动，一个功能，可以潜在地被用作EoR泡沫指标。这份手稿是从原来发表的论文修改，以反映更正的勘误表。

再电离过程中红移21 cm森林的探测

Detecting the redshifted 21cm forest during reionization

21厘米森林--高红移射电源光谱中的HI吸收特征--可能在再电离时期提供一个独特的探测大部分中性星系际介质（IGM）的方法。我们目前的模拟21厘米的森林由于大尺度结构的再电离时代的IGM，包括处方的X射线加热和渗透的光电离气泡。我们表明，如果检测到未来的仪器，如平方公里阵列（SKA），21厘米的森林可以提供一个显着的限制IGM的热历史。通过考虑在21 cm吸收开始时信号方差的突然增加，将有助于检测。如果无线电前景和本征源谱被很好地理解，在宽带宽上的通量衰减也可以改善检测前景。我们的分析占窄吸收线的可能性，从干预密集的区域，但是，与以前的研究不同，我们的结果不依赖于它们的属性。假设X射线加热对应于当地的恒星星族，我们估计，在不到一年的观测时间内，SKA可以对$z \sim 9$的天鹅座A型源进行21厘米吸收的统计学显著检测，而不是近十年的详细森林特征的显著检测。我们讨论了由于背景源丰度和21厘米吸收信号强度的不确定性而带来的观测挑战。

再电离实验红移21厘米历元的功率谱提取：LOFAR情况

Power spectrum extraction for redshifted 21-cm epoch of reionization experiments: the LOFAR case

低频阵列再电离时期项目的目标之一是测量来自再电离时期的红移21厘米辐射强度变化的功率谱。可以估计该功率谱的灵敏度取决于热噪声和样本方差的水平，并且还取决于由提取过程（特别是由减去前景污染）引起的系统误差。我们模拟提取过程中使用现实的模拟宇宙学信号，前景和噪声，因此估计的灵敏度的LOFAR EoR实验的红移21厘米功率谱。用一个台站波束在360小时的观测之内应能探测到来自EoR的发射。更长时间的积分，并在主（瓦片）光束内合成多个站光束，然后使我们能够在更大的尺度和红移范围内逐步提取更准确的功率估计。我们讨论了不同的观测策略之间的妥协，观测深度，天空覆盖和频率覆盖。一个计划，其中较低的频率接收更大的一部分时间似乎是有希望的。我们还研究了前景拟合误差在推断功率谱上引起的偏差的性质，并讨论了如何减少和校正这种偏差。角功率谱和视线功率谱在这方面有不同的优点，我们建议在分析LOFAR数据时分别考虑它们。

Astro2020科学白皮书：利用高红移21厘米谱线深入了解再电离时代

Astro2020 Science White Paper: Insights Into the Epoch of Reionization with the Highly-Redshifted 21-cm Line

再电离时期是宇宙历史上最后一次主要的相变，在大爆炸后大约10亿年，来自早期星系的光子电离了星系际介质。测量跃迁的特征对于理解早期星系和宇宙网以及对后期宇宙中的矮星系建模都很重要。但这样的测量需要探测星系际介质本身。在这里，我们描述了如何21厘米线的中性氢提供了一个强大的探测器的再电离过程中，因此，重要的约束，在当时的星系和星系际吸收。虽然现有的实验将在未来十年进行精确的统计测量，但我们认为，改进的21厘米分析技术-允许中性气体本身的成像-以及改进的理论模型，对于测试我们对这个重要时代的理解至关重要。

Redshifted 21-cm Bispectrum I: Impact of the Redshift Space Distortions on the Signal from the Epoch of Reionization

The bispectrum can quantify the non-Gussianity present in the redshifted 21-cm signal produced by the neutral hydrogen (HI) during the epoch of reionization (EoR). Motivated by this, we perform a comprehensive study of the EoR 21-cm bispectrum using simulated signals. Given a model of reionization, we demonstrate the behaviour of the bispectrum for all unique triangles in $k$ space. For ease of identification of the unique triangles, we parametrize the $k$-triangle space with two parameters, namely the ratio of the two arms of the triangle ($n=k_2/k_1$) and the cosine of the angle between them…

Using strong gravitational lensing to probe the post reionization \HI power spectrum

Probing statistical distribution of the neutral hydrogen (\HI) using the redshifted 21-cm hyperfine-transition spectral line holds the key to understand the formation and evolution of the matter density in the universe. The two-point statistics of the \HI distribution can be estimated by measuring the power spectrum of the redshifted 21-cm signal using visibility correlation. A major challenge in this regard is that the expected signal is weak compared to the foreground contribution from the Galactic synchrotron emission and extragalactic point sources in the observing frequencies. In this wor…

21 cm数据集中电离区的识别

Identifying Ionized Regions in Noisy Redshifted 21 cm Data Sets

研究再电离的最有希望的方法之一是使用红移的21厘米线。然而，早期的红移21厘米巡天将不具备绘制再电离过程详细地图的灵敏度，而是将重点放在统计测量上。在这里，我们表明，它可能仍然是可能的{ \em直接识别电离区}在即将到来的数据集通过应用合适的过滤器的噪声数据。在过滤数据中的突出的极小值的位置对应的电离区域的位置。特别是，我们腐败的半数值模拟的红移21厘米的信号，在再电离与热噪声的水平预期为500天线瓦版本的默奇森宽场阵列（MWA），并模仿前景清洁的降解效果。使用匹配滤波器技术，我们发现，MWA应该能够直接识别电离区域，尽管大的热噪声。在一个合理的基准模型中，宇宙体积的20%在z ~ 7处是中性的，我们发现500瓦的MWA可以在其调查体积的6 MHz部分中直接识别多达150个电离区域，并大致确定每个区域的大小。这反过来可能允许有趣的多波长后续观测，比较电离区域内外的星系特性。我们讨论如何用匹配滤波器技术检测电离区域的无线电天线瓦片的最佳配置不同的最佳设计测量功率谱。这些考虑对未来红移21厘米巡天的设计具有潜在的重要意义。

利用Ly- $α$森林和红移21厘米信号的大尺度相关探测再电离后时期的HI分布

On using large scale correlation of the Ly-$α$ forest and redshifted 21-cm signal to probe HI distribution during the post reionization era

我们研究了探测Ly-$α$森林和HI 21 cm信号的三维互相关功率谱的可能性。互相关信号是直接依赖于暗物质的功率谱，是敏感的21厘米的亮度温度和Ly-$α$森林的偏见。这些偏置参数决定了红移空间中各向异性的强度。我们发现，可以检测到互相关功率谱使用$400 ~ \, \rm hrs$观测SKA-mid（第1阶段）和未来的BOSS样实验与类星体（QSO）密度$30 ~ \rm deg^{-2}$在峰值信噪比$15$的单场实验在红移$z = 2.5$。我们还研究了使用互功率谱约束各种偏置参数的可能性。我们发现，对于SKA-mid（相位1）的$10$独立点，在相同的实验条件下，对应于Ly-$α$森林的21 cm线性红移空间畸变参数$β_T$和$β_{F}$的$1 σ$条件误差分别为$\sim 2.7\%$和$\sim 1.4 \%$.这一预测表明，在现有的测量显着改善。我们声称，检测的3D互相关功率谱不仅可以确定宇宙学起源的信号中存在的天体物理前景，但也将提供严格的限制大规模HI偏见。这为理解宇宙结构的形成提供了一个独立的探索。

用再电离后时期的红移21厘米信号约束大尺度HI偏置

Constraining large scale HI bias using redshifted 21-cm signal from the post-reionization epoch

在没有复杂的天体物理过程的特点，再电离时代，21厘米的排放中性氢（HI）在后再电离时代被认为是一个很好的示踪剂的基础暗物质分布。假设一个背景宇宙学，它是通过（i）一个偏置函数b（k，z），它涉及HI的暗物质分布和（ii）的平均中性分数（x_{HI}），它设置其振幅。在本文中，我们研究了大规模HI偏置的性质。后再电离HI建模重力只有N体模拟和一个合适的处方分配气体的暗物质晕。使用模拟偏差作为基准模型HI分布在z \leq 4，我们已经产生了一个假设的数据集为21厘米角功率谱（C_{l}）使用的噪声模型的基础上的参数的扩展版本的GMRT。假设以在基准红移z=2.5处的范围400 \leq到\leq 8000中的SNR \gtrsim 4测量面元化的C_{l}。我们探讨了使用主成分分析（PCA）对该模拟数据进行约束b（k）的可能性。我们的分析表明，在0.2 < k < 2 Mpc^{-1}的范围内，模拟数据集无法区分表现出不同k依赖性的模型，只要1 \lesssim b（k）\lesssim 2设置2-sigma限值。这证明在大尺度上使用线性偏差模型是合理的。很大程度上不确定的x_{HI}被视为一个自由参数，导致退化的偏置重建。发现给定的模拟数据以\sim 4%（2-sigma误差）的精度约束基准x_{HI}。这里概述的方法，可以成功地实施对未来的观测数据集，以约束b（k，z）和x_{H…

用21厘米线双谱探测宇宙黎明和再电离期

21cm-line bispectrum as method to probe Cosmic Dawn and Epoch of Reionization

红移21 cm信号是研究宇宙黎明期和再电离期星系际介质状态的有效工具。在我们之前的工作中（Shimabukuro et al 2015），我们研究了方差和偏度，以给出21 cm功率谱的清晰解释，并发现偏度是X射线加热变得有效的时期的良好指标。因此，21厘米信号的空间分布的非高斯特征有望用于研究CD和EoR中的天体物理效应。在本文中，为了更详细地研究这种非高斯特征，我们专注于21厘米信号的双谱。21 cm亮温双谱可能是由于Wouthysen-Field（WF）效应、X射线加热和再电离等多种天体物理效应引起的非高斯性而产生的。我们研究了21厘米双谱的各种性质，如尺度依赖性、形状依赖性和红移演化。并研究了21 cm双谱各分量的贡献。我们发现，各分量的贡献具有典型的尺度依赖特征，在未来的实验中，我们可以利用21 cm双谱，结合功率谱和偏度，获得更详细的CD和EoR中IGM的信息。

银河系法拉第旋转对再电离时期21厘米谱线偏振的影响

Galactic Faraday rotation effect on polarization of 21 cm lines from the epoch of reionization

中性氢的红移21 cm信号是再电离期最有竞争力的探针之一。由于汤普森散射，非偏振21 cm辐射在EoR期间获得一定水平的线性偏振。这种线性偏振，如果测量，可以探测有关EoR的重要信息。本文研究了银河系法拉第旋转（FR）对21 cm辐射偏振探测的影响。由于红移21 cm信号的大波长性质，FR的影响很强，因此由21 cm光子携带的初始E模式信号被完全修改。我们表明，旋转测量（RM）数据的99%的准确度是必要的，以恢复初始E模式信号。我们的结论是，鉴于RM观测的当前状态，不可能从EoR中检索21 cm的初始偏振信号。然而，我们乐观地认为，这可能是从下一代无线电调查。

Statistical Detection of IGM Structures during Cosmic Reionization using Absorption of the Redshifted 21 cm line by HI against Compact Background Radio Sources

Detecting neutral hydrogen structures in the intergalactic medium (IGM) during cosmic reionization via absorption (21 cm forest) against a background radiation is considered independent and complementary to the three-dimensional tomography and power spectrum techniques. The direct detection of this absorption requires very bright ($\gtrsim 10$-100 mJy) background sources at high redshifts ($z\gtrsim 8$), which are evidently rare; very long times of integration; or instruments of very high sensitivity. This motivates a statistical one-dimensional (1D) power spectrum approach along narrow sightl…

再电离期红移的HI的漂移扫描研究

Study of Redshifted HI from the Epoch of Reionization with Drift scan

在红移的21厘米谱线中探测再电离期是一项具有挑战性的任务。在这里，我们制定了使用漂移扫描策略的EoR信号的检测。这种方法可能具有更好的仪器稳定性相比的情况下，一个单一的补丁的天空被跟踪。我们表明，测量的vibrants之间的相关时间可以延长到1-2小时的干涉仪阵列，如默奇森宽场阵列（MWA），它有一个广泛的初级光束。我们估计的EoR功率的基础上跨时间的互相关的vibrations和漂移扫描策略是能够检测的EoR信号具有可比/更好的信号-噪声相比，跟踪的情况下。我们还估计了一组亮点源的可见度相关性，并认为亮点源的统计不均匀性可能允许它们从EoR信号中分离出来。

利用后再电离HI的宇宙学和天体物理学

Cosmology and Astrophysics Using the Post-reionization HI

讨论了利用中性氢再电离后红移21厘米辐射研究宇宙的前景。本文的主要目的是突出印度科学家在这一领域的努力与SKA铭记。事实证明，SKA的强度映射调查可以帮助获得对暗能量模型的更严格约束。HI强度图与Ly $α$森林数据的互相关也可用于测量BAO尺度。

再电离期红移HI统计探测的基本局限性研究

A study of fundamental limitations to statistical detection of redshifted HI from the epoch of reionization

在本文中，我们探索的第一次的相对大小的三个基本来源的不确定性，即前景污染，热噪声和样本方差检测HI功率谱的再电离时代（EoR）。我们推导出的傅立叶合成望远镜的灵敏度的限制，以检测EoR的基础上，其阵列配置和统计表示的仪器所作的图像。我们使用Murchison宽场阵列（MWA）的配置为我们的研究。使用一个统一的框架，估计信号和噪声成分的HI功率谱，我们推导出一个表达式，并估计在三维k空间中的河外点源的污染。利用微波辐射计对不同观测模式下EoR HI功率谱检测的灵敏度进行了估算。通过使用128-tile MWA在单个场上进行1000小时的观测，EoR检测是可行的（对于$k\lesssim 0.8$ Mpc $^{-1}$，S/N > 1）。带通整形和改进的EoR窗口被发现是有效的，在包含前景污染，这使得该仪器容忍成像误差。我们发现，对于一个给定的观察时间，观察许多独立的视野并不提供一个单一的现场观察时，热噪声占主导地位的其他不确定性在派生的功率谱的优势。

仪器响应对来自红移21厘米观测的一点统计可探测性的影响

Impact of Instrument Responses on the Detectability of One-point Statistics from Redshifted 21 cm Observations

我们研究的影响，仪器系统学的方差，偏度和峰度的红移21厘米强度波动观测的再电离时代。我们模拟现实的21厘米观测的基础上默奇森宽场阵列（MWA）第一阶段再电离实验，使用阵列的点扩散函数（PSF）和天线波束方向图，全天空21厘米模型，和FHD成像管道。我们测量观测到的红移演化的像素概率密度函数（PDF）和一点统计从模拟的地图，比较它们的测量来自更简单的模拟，代表仪器的PSF与高斯内核。我们发现，这两种方法产生的统计数据具有相似的趋势，相关性大于80%。我们进行额外的模拟的基础上的氢时代的再电离阵列（HERA），使用高斯内核作为仪器PSF，并研究频率分仓的统计效果。我们发现，PSF平滑和采样方差从测量的统计数据在有限的视野稀释内在的功能，并添加波动的统计数据，但揭示了新的可检测的功能。当地图中出现极高或极低温度区域时，观察到的峰度将增加。频率分箱降低了热不确定性，但也可以模糊沿频率维度的区域，导致仅出现在从某些频率箱的图导出的统计数据中的峰度峰。我们进一步发现，当PSF的角分辨率与产生峰的极端区域的尺寸尺度相匹配时，峰度峰将达到它们的最大值。HERA阵列应能够以高灵敏度绘制观察到的21 cm波动的偏度和峰度的演变，而MWA第一阶段可能能够检测方差峰值。

探测原始非高斯性：Ly-alpha森林的三维双谱和来自后再电离时期的红移21厘米信号

Probing primordial non-Gaussianity: The 3D Bispectrum of Ly-alpha forest and the redshifted 21-cm signal from the post reionization epoch

我们探讨了使用三维双谱的Ly-alpha森林和红移21厘米的信号从后再电离时代约束原始非高斯的可能性。这两个场都描绘了中性氢的大规模分布，并可能被视为底层暗物质场的示踪剂。本文首先给出了两个任意三维有偏示踪剂的自谱和互谱的一般形式，然后将其应用于具体情况。我们已经模拟了三维Ly-alpha发射通量场作为一个连续的示踪剂采样沿一维串，对应于类星体的视线。对于后再电离21厘米信号，我们使用了线性偏置模型。我们使用Fisher矩阵分析提出的第一个预测的界限上f_{NL}和其他偏置参数使用三维21厘米双谱和其他交叉双谱。f_{NL}的界限取决于调查体积和各种观测噪声。我们考虑了一个类似于BOSS的Ly-alpha巡天，其中类星体的平均数密度为\bar{n} = 10^{-3} Mpc^{-2}，光谱是在2 σ水平上测量的。对于21厘米的信号，我们已经考虑了4000小时的观测与未来的SKA一样的无线电阵列。我们发现在我们的分析中得到的f_{NL}上的界限（6 < Δ f_{NL} < 65）与CMBR和星系巡天是竞争性的。我们还发现，通过结合各种交叉双谱估计，它是可能的约束f_{NL}在一个水平Δ f_{NL} ~ 4.7。对于等边和正交模板，我们分别得到了组合估计量的Δ f_{NL} ^{equ}~17和Δ f_{NL} ^{orth}~13。这对于理解原始扰动产生的机制是很重要的。

探测再电离时期的有前途的观测方法

Promising Observational Methods for Detecting the Epoch of Reionization

自从在z > 6 Ly-alpha森林中首次探测到Gunn-Peterson槽和首次通过宇宙微波背景（CMB）再电离测量Thomson散射光学厚度以来，已经有好几年了。目前的CMB测量提供了一个显着的约束，再电离的平均红移，和Ly-alpha森林提供了一个下限的红移在再电离结束。然而，没有任何观察提供关于这一过程的持续时间和形态的确切信息。本文简要回顾了探测和研究宇宙相变的最有前途的观测方法，重点是CMB各向异性、伽马射线暴余辉、Ly-alpha发射星系和红移21 cm发射。

用红移21厘米线的圆偏振探测原初引力波：I.形式主义

Detecting primordial gravitational waves with circular polarization of the redshifted 21 cm line: I. Formalism

我们提出了一种新的方法来测量张量标量比$r$使用的21厘米辐射的圆偏振从预再电离时期。我们的方法依赖于分裂的$F = 1$超精细水平的中性氢由于四极矩的CMB。我们表明，与塞曼效应，其中$M_{F}=\pm 1$有相反的能量转移，CMB四极移动$M_{F}=\pm 1$一起相对于$M_{F}= 0$。这种分裂导致所发射的21 cm辐射的小的圆偏振。在本文中（纸我在一系列关于这种效果），我们提出了计算这种效果背后的微观物理，占所有的过程，影响超精细过渡。我们得出结论，从黑暗时代的圆偏振作为预再电离参数和远程四极的CMB的值的函数的解析公式。我们还计算了由于其他各向异性辐射源引起的$F = 1$超精细能级的分裂，并表明它们不是主导的。在一个配套文件（纸II），我们预测测量张量标量比$r$使用未来的无线电阵列。

暴胀期间的粒子产生：来自再电离时期红移21厘米观测的预期约束

Particle production during inflation: constraints expected from redshifted 21 cm observations from the epoch of reionization

本文利用SKA-Low模拟的再电离时期21厘米功率谱，在贝叶斯框架下评估其约束暴胀期粒子产生导致的原初凸包状谱特征的能力。

用Ooty Radio Telescope（ORT）探测326.5 MHz红移21 cm HI信号的前景

Prospects for detecting the 326.5 MHz redshifted 21 cm HI signal with the Ooty Radio Telescope (ORT)

对红移21 cm HI涨落的观测有望成为后再电离时代的重要探测器。在本文中，我们计算的预期信号和前景的升级Ooty射电望远镜（ORT），其工作频率=326.5 MHz，对应于红移z=3.35。假设vibrium只包含HI信号和系统噪声，我们证明了在11弧分到3度的角标度下，用~ 1000小时的观测，可以对HI信号~ 1 μ m进行3 σ检测。前景去除是红移21 cm HI信号的统计检测的主要挑战之一。我们评估了不同前景的贡献，发现326.5 MHz的天空是由河外点源在我们感兴趣的角尺度为主。预期的总前景比HI信号高4-5个数量级。

模拟再电离和宇宙黎明时期的21厘米信号

Modelling the 21 cm Signal From the Epoch of Reionization and Cosmic Dawn

通过红移21厘米谱线研究宇宙黎明和再电离时期是SKA1的主要科学目标之一。它们的重要性在于它们与宇宙中最早的恒星密切相关。解释即将出现的数据需要对相关的物理过程进行详细的建模。在这篇文章中，我们专注于再电离的理论模型，这些模型是由在印度工作的各个小组根据即将到来的SKA制定的。这些模型包括纯分析和半数值计算以及完全数值辐射转移模拟。从这些模型的21厘米信号的预测将是有用的，在约束使用SKA数据的早期星系的属性。

用全球21厘米信号的观测限制再电离和黑暗时代之间未探测的时期

Constraining the unexplored period between reionization and the dark ages with observations of the global 21 cm signal

用单偶极实验观测红移21厘米中性氢谱线的全球亮温的频率依赖性是可能的。在本文中，我们开发了一个Fisher矩阵形式主义计算的灵敏度，这些仪器的21厘米信号的再电离和黑暗时代。我们表明，只要局部前景可以用低阶多项式很好地建模，持续时间delta z< 2的快速再电离历史就可以受到约束。然后，它表明，在范围内的观测nu = 50 - 100 MHz可以可行地限制莱曼α和X射线发射率的第一批恒星形成在z = 15 - 25，只要系统的温度残差可以控制到小于1 mK。最后，我们证明了从恒星形成前的黑暗时代检测21厘米信号的困难。

用SKA约束宇宙黎明和再电离时代的天体物理学

Constraining the Astrophysics of the Cosmic Dawn and the Epoch of Reionization with the SKA

平方公里阵列（SKA）将提供对早期宇宙的前所未有的看法，使用红移21厘米线的干涉观测。这条21厘米的线探测宇宙气体的热和电离状态，这是由我们宇宙中第一个结构的诞生和演化所决定的。在这里，我们将展示21厘米信号的演变将使我们能够研究第一代星系何时出现，它们的性质是什么，以及星系际介质的结构是什么。我们强调了定性趋势，这将为早期宇宙提供强大的见解。

宇宙再电离模拟中21厘米涨落的统计：PDF和差分PDF

Statistics of 21-cm Fluctuations in Cosmic Reionization Simulations: PDFs and Difference PDFs

在未来的十年中，低频射电阵列将开始通过红移的21厘米氢线探测再电离的时代。成功地解释这些观察结果需要有效的统计技术来分析数据。由于这些测量的困难，重要的是要开发超出标准功率谱分析的技术，以提供再电离历史的独立确认，探测再电离拓扑结构的不同方面，并具有不同的系统误差。为了评估概率分布函数（PDF）作为21厘米宇宙学统计分析工具的承诺，我们首先测量21厘米亮度温度（一点）PDF在六个不同的再电离模拟。然后，我们通过将它们拟合到一个简单的模型来参数化它们最明显的特征。使用相同的模拟，我们也提出了第一次测量的差异PDF模拟再电离。我们发现，虽然这些统计探测电离源的属性，他们是相对独立的小尺度，亚网格天体物理。我们讨论了额外的信息，差异PDF可以提供的功率谱和一点PDF的顶部。

Observing the Reionization : Effect of Calibration and Position Errors on Realistic Observation Conditions

Observation of the redshifted 21-cm signal from Cosmic Dawn and Epoch of Reionization is a challenging endeavor in observational cosmology. Presence of orders of magnitude brighter astrophysical foregrounds and various instrumental systematics increases the complexity of these observations. This work presents an end-to-end pipeline dealing with synthetic interferometric data of sensitive radio observations . The mock sky model includes the redshifted 21-cm signal and astrophysical foregrounds. The effects of calibration error and position error in the extraction of the redshifted 21-cm power s…

从再电离时期的合成图像中减去亮点源

Subtraction of Bright Point Sources from Synthesis Images of the Epoch of Reionization

与河外活动星系核和射电星系相关的亮点源是低频射电实验的重要前景，这些实验旨在探测再电离时期中性氢的红移21厘米发射。合成波束的频率依赖性意味着这些源的旁瓣将作为观察频率的函数在视场上移动，因此使视线前景减法技术受挫。我们描述了一种方法，用于减去这些点源从脏地图所产生的仪器，如MWA。该技术结合了匹配滤波器与迭代质心方案，在漫射背景下定位和表征点源。模拟结果表明，该技术可使EOR图的动态范围提高2-3个数量级。

黑暗时代再电离和星系形成模拟XII：黎明时的气泡

Dark ages reionization & galaxy formation simulation XII: Bubbles at dawn

直接探测电离氢（HII）区域已被认为是宇宙再电离的一种有前途的探测方法。观测来自再电离时代（EoR）的氢的红移21厘米信号是新一代低频无线电干涉仪背后的关键科学驱动力。我们调查的可行性相结合的低频观测与平方公里阵列和近红外测量数据的宽视场红外巡天望远镜探测宇宙再电离成像HII气泡周围的大质量星系在宇宙黎明。虽然个别气泡将太小，无法检测到，我们发现，通过堆叠红移21厘米光谱集中在已知的星系，它将有可能直接检测到EoR在$z \sim 9-12$，并放置定性约束的星系际介质（IGM）的自旋温度的演变在$z \geq 9$。特别地，给定使用该技术检测电离气泡，可以确定它们周围的IGM通常是吸收还是发射。由于HII区域的平均尺寸的简并性，使用这种方法确定IGM的全局平均中性分数将被证明是更加困难的。

结合CMB和莱曼α森林资料使用21厘米观测的约束再电离

Constraining reionization using 21 cm observations in combination with CMB and Lyman-alpha forest data

在本文中，我们将探讨由莱曼α森林和CMB目前的观测提供的再电离历史的约束。而不是使用一个特定的半解析模型，我们采取的新方法参数化的电离源与任意函数，并进行似然分析，以约束可能的再电离的历史。我们发现模型独立的结论，再电离很可能是大部分完成的z=8和IGM是50%电离在z=9-10。即将到来的红移21厘米中性氢谱线的低频观测预计将对6<z<12的氢中性部分进行更好的约束。我们使用我们的再电离的历史上的约束来预测可能的振幅的21厘米功率谱，并表明，最高的信噪比的意见将最有可能在频率对应于z=9-10。这一结果为即将进行的21 cm观测提供了重要指导。最后，我们评估的影响，中性分数的测量将对我们的知识的再电离和早期源人口。我们的研究结果表明，一个单一的测量中性分数中途通过再电离时代将显着提高我们的知识，整个再电离的历史。

再电离与21厘米涨落宇宙学

Reionization and Cosmology with 21 cm Fluctuations

通过红移21厘米线测量中性氢的空间分布有望彻底改变我们对再电离时代和第一个星系的认识，并可能为从红移1<z<4观测宇宙学提供一个强大的新工具。在这篇综述中，我们讨论了最近的进展，我们的理论理解的时代的再电离（EoR），应用21厘米断层扫描宇宙学和测量的暗能量状态方程后再电离，仪器和观测技术共享的21厘米EoR和后再电离宇宙学机器。我们特别强调第一代21厘米波动仪器的预期信号和观测能力。

来自高红移21厘米谱线的天体物理

Astrophysics from the Highly-Redshifted 21 cm Line

宇宙黑暗时代和再电离时代，在此期间形成了第一代恒星和星系，是河外天体物理学和宇宙学最引人注目的前沿。在这里，我们描述了一个令人兴奋的新的探测这些时代：21厘米线的中性氢，这将使我们能够映射整个时代的第一个星系形成的中性星系际介质。在本白皮书中，我们描述了这些研究如何回答关于星系形成的两个关键问题：高红移星系的性质是什么？它们如何影响周围的宇宙？

用未分辨软X射线背景约束红移21厘米信号

Constraining the redshifted 21-cm signal with the unresolved soft X-ray background

我们利用观测到的0.5 - 2 keV波段的未分辨宇宙X射线背景（CXRB）和现有的21厘米功率谱上限来限制X射线源的高红移数，重点研究它们对宇宙热历史和宇宙21厘米信号的影响。由于这些源的属性约束很差，我们考虑热气体，X射线双星和迷你类星体（即，具有软或硬X射线光谱的源）作为可能的候选者。我们发现：（1）软带CXRB对再电离结束前存在的源的X射线效率设置了上限，比通常假设的效率高一到两个数量级;（2）硬源比软源更有效地产生CXRB，（3）在硬源的情况下，在X射线效率的任何允许值下，通常假定的饱和加热极限在再电离的前半段是不成立的，（4）最大允许X射线效率设置了全局21 cm信号中吸收槽深度的下限和发射峰高度的上限，而在21 cm功率谱中，它设置了高红移峰的最小幅度和频率，以及（5）21-cm功率谱的现有上限为每个模型的X射线效率设置了下限。当与21厘米全球信号相结合时，CXRB将有助于打破简并帮助限制高红移热源的性质。

再电离观测时期银河系偏振同步辐射的模拟

Simulations of Galactic polarized synchrotron emission for Epoch of Reionization observations

红移宇宙学$21$ ~cm线信号的检测需要去除银河系和河外前景发射，这是在天空中的任何地方明亮的数量级。目前使用的前景清洁方法在去除光谱平滑成分方面是有效的。然而，它们在光谱不平滑的污染物中挣扎，因此，这可能是最危险的污染物。这方面的一个例子是偏振同步辐射，这是法拉第旋转的星际介质和泄漏到总强度由于仪器的缺陷。在这项工作中，我们提出了新的全天空模拟这种偏振同步辐射在$50-200$ ~MHz的范围内，从所观察到的特性，在低频率的扩散偏振发射。公开提供模拟偏振图，旨在提供更真实的模板来模拟仪器泄漏的影响和前景分离技术的有效性。

用聚束楔测量再电离21厘米涨落

Measuring the reionization 21 cm fluctuations using clustering wedges

使用红移21厘米线探测再电离时期的主要挑战之一是信号的幅度比天体物理前景小几个数量级。处理该问题的方法之一是避免傅立叶$k_{\perp} - k_{\parallel}$空间中包含来自频谱平滑前景的信号的楔形区域。然而，仅使用该楔形之外的模式（即，在再电离窗口中），导致偏置。我们提供了一个处方，基于扩展的功率谱的移位勒让德多项式，它可以用来计算角矩的功率谱中的再电离窗口。该处方需要使用所考虑的理论模型以及$k_{\perp} - k_{\parallel}$平面中前景楔形的有效范围的知识来计算功率谱的四极矩、四极矩和十六极矩。然后可以计算窗口中的理论功率谱，可以直接与观测结果进行比较。分析应避免使用21厘米功率谱数据的参数约束中的任何偏差的影响。

再电离时期的自旋温度演化

On the spin-temperature evolution during the epoch of reionization

模拟估计从再电离时期（EoR）的红移21厘米的差分亮度温度往往假设自旋温度是去耦的背景CMB温度，并远远大于它。虽然一个有效的假设对再电离过程的后期阶段，它不一定在早期的时代举行。违反这一假设将导致差异亮度温度的波动，既不是由密度波动，也不是由HII区域驱动。因此，通过处理自旋温度与动力学温度的莱曼-α耦合和碰撞耦合，自洽地计算自旋温度是至关重要的。在本文中，我们开发了一个扩展的BEARS算法，最初开发的模型再电离的历史，包括这些耦合效应。在这里，我们模拟了三种模型中的电离和加热的效果，其中再电离是由恒星，miniqsos或两者的混合物驱动的。我们还进行了一些统计测试，以量化的自洽包含的自旋温度从CMB去耦的印记。我们发现自旋温度的演化对测量信号有影响，特别是在红移大于10的情况下，当人们试图解释观测数据时，应该考虑这种演化。

CMB constraints on a physical model of reionization

We study constraints on allowed reionization histories by comparing predictions of a physical semi-numerical model with secondary temperature and polarization anisotropies of the cosmic microwave background (CMB). Our model has four free parameters characterizing the evolution of ionizing efficiency $ζ$ and the minimum mass $M_{\mathrm{min}}$ of haloes that can produce ionizing radiation. Comparing the model predictions with the presently available data of the optical depth $τ$ and kinematic Sunyaev-Zeldovich signal, we find that we can already rule out a significant region of the parameter sp…

用QSO吸收线研究再电离期

Studying the Reionization Epoch with QSO Absorption Lines

类星体光谱中的吸收特征是我们研究高红移星系和星系际环境的最有力的工具之一。随着z > 7的类星体的发现，类星体吸收线现在正在使用氢莱曼- $α$森林和重元素吸收体跟踪多个前沿上的再电离结束阶段。利用大型光学/红外望远镜进行的下一代类星体吸收线研究将详细揭示第一批星系是如何形成宇宙网的，如何改变它们的环星系和星系间环境，以及如何完成宇宙最后一次重大的相变。这些努力将补充其他即将进行的再电离研究，如JWST，ALMA和红移21厘米实验。

根据再电离印记对射频弥散宇宙偶极子的预测

Predictions for the diffuse cosmic dipole at radio frequencies from reionization imprints

宇宙学再电离可以在无线电中通过由红移的21厘米线提供的层析视图和由扩散自由-自由发射进行的集成信息进行研究，耦合到康普顿化失真，在更高的频率相关。目前的预测涵盖了广泛的可能性，而最近的EDGES观测与标准模型不一致，如果得到证实，则需要非标准的物理过程和/或早期的河外源人口，在高红移时产生显著的背景，这几乎与ARCADE 2声称的低频时CMB绝对温度显著过量一致。这些特征可以在全球信号和波动中观察到，从非常大到小的角尺度。观测者相对于静止参考系的特殊运动在各种可观测的量中产生增强效应，在低多极子中尤其是在偶极子中显著，其频谱行为取决于射电发射光谱。我们提出了一个新的调查在射频，旨在预测的印记预期在红移21厘米线信号和扩散自由自由发射加上康普顿失真的几个模型。此外，我们认为相同类型的信号，但预期从宇宙学无线电背景确定的偏移为21厘米线。研究了这些信号的组合及其在各种频率范围内的相关性。这种方法，连接的反射率和各向异性分析，可以应用于广泛的天空覆盖调查，以及天空补丁集。它仅依靠频率间和相对数据校准的质量，原则上不需要精确的绝对校准，这是当前和未来无线电干涉测量设施的一个关键点。

红移星系际~ 3 He +8.7GHz超精细吸收

Redshifted intergalactic 3He+ 8.7 GHz hyperfine absorption

受最近对星系际氢红移21 cm发射的兴趣的激发，我们研究了^3 He ^+的8.7 GHz ^2 S_{1/2} F=0-1超精细跃迁。虽然3 He相对于氢的原始丰度为10^-5，但超精细自发衰变率要大680倍。此外，在与^3He^+跃迁相关的频率处，天线温度比z>6 21 cm发射的天线温度低得多。我们发现，这条8.7 GHz的线在星系际介质的自旋温度约为宇宙微波背景温度，这样，这种转变是最好的观察吸收高红移，射电明亮的类星体。我们表明，星系际8.7 GHz的吸收是一个有前途的，不饱和的观察星系际氦的电离历史（其中HeII->HeIII再电离被认为是在z~3完成）和原始的3 He丰度。仪器必须在1 Jy源的1 MHz频带内达到约1 μJy RMS噪声，才能直接解决此吸收问题。然而，结合HI Lyα森林测量，仪器可以在统计上检测到z > 3的这种吸收，在100 MHz以上的0.1 MHz谱带中具有30 μJy RMS噪声，这可能在现有仪器的范围内。

再电离纪元21厘米信号观测的校准要求——IV. 时间和频率相关残余增益的偏差与方差

Calibration requirements for Epoch of Reionization 21-cm signal observations -- IV. Bias and variance with time and frequency correlated residual gains

本文提出解析方法评估残余增益和带通误差对红移21厘米多频角功率谱估计的偏差与方差影响，并证明SKA1-Low在128小时观测下可探测红移8的信号，但需优于现有干涉仪的校准精度。

再电离时代

The Epoch of Reionization

宇宙的黑暗时代随着第一代星系的形成而结束。这些物体开始发射紫外线辐射，在它们周围形成电离区域。在足够数量的电离源形成后，宇宙中气体的电离部分迅速增加，直到氢完全电离。在这段时间里，宇宙气体从中性到电离，被称为宇宙的再电离时代。再电离时代与宇宙学中的许多基本问题有关，例如第一个星系的性质，（迷你）类星体的物理学，非常贫金属恒星的形成以及天体物理学中的一系列其他重要研究课题。因此，揭示它将对早期宇宙结构形成的研究产生深远的影响。这一章回顾了当前关于再电离期存在的观测证据，它的关键理论方面和主要特征，最后是各种有望揭示它的观测探测器，特别强调了红移21厘米探测器，目前正在建造或设计的各种实验，以及我们可以从它们那里了解到关于再电离期的信息。

探测宇宙黎明和再电离时期CMB光谱畸变的射电前景模拟

Modeling the Radio Foreground for detection of CMB spectral distortions from Cosmic Dawn and Epoch of Reionization

在宇宙黎明和再电离过程中，宇宙重子的演化导致了宇宙微波背景（CMB）的21厘米光谱红移畸变。这些编码信息的性质和时间的第一个来源超过红移30 - 6，并出现在米波长作为一个微小的CMB失真随着银河系和河外无线电天空，这是数量级更明亮。因此，检测需要精确的方法来建模前景。我们提出了一种使用最大平滑（MS）函数的前景拟合方法。我们证明了MS函数的有用性，传统上使用的多项式来分离前景的再电离时代（EoR）信号。我们还研究了使用GMOSS，无线电天空的物理动机模型的合理前景的频谱复杂性的水平，并发现它们确实是平滑的，可以通过MS功能建模到足以辨别EoR信号的香草模型的水平。我们表明，MS功能的损失抵抗和鲁棒性保留EoR信号强度和转折点的残差。最后，我们证明，在使用一个良好的校准光谱辐射计和建模前景与MS功能，全球EoR信号可以检测与贝叶斯方法与90%的置信度在10分钟的积分。

自旋温度涨落对21厘米矩的影响

The impact of spin temperature fluctuations on the 21-cm moments

本文考虑了莱曼α耦合和X射线加热对21厘米的亮度-温度单点统计的影响（半数值模拟预测）。X射线的产生效率在四个数量级上变化，X射线光谱的硬度从高质量X射线双星的预测到热星际介质的较软光谱。我们发现峰值的红移与X射线生产效率的方差和偏度的演变。方差的幅度也对X射线SED的硬度敏感。我们发现，耦合和加热阶段的相对时间可以推断出从红移的高原，连接峰值的方差的演变与莱曼-α耦合到加热峰的程度。重要的是，我们发现，晚X射线加热将严重阻碍我们的能力，约束再电离的方差。后期X射线加热也定性地改变了偏度的演变，提供了一种清晰的方式来约束这些模型。如果前景可以删除，我们发现，LOFAR，MWA和PAPER可以约束再电离和后期X射线加热模型的方差。我们发现，HERA和SKA（第1阶段）将能够限制再电离和加热测量的方差，使用前景回避技术。如果前景可以被移除，它们也将能够约束莱曼-α耦合的性质。

高红移21厘米谱线的宇宙学

Cosmology from the Highly-Redshifted 21 cm Line

未来十年最令人兴奋的前景之一是探索宇宙“黑暗时代”，在此期间，宇宙中的第一批恒星形成，中性氢的21厘米线。在z>6时，这种光红移到低频无线电区域，可以用新一代的宽场阵列观察到。这些实验有可能观测到巨大的体积，并大大改善宇宙学和天体物理学的约束。在本白皮书中，我们描述了未来十年将如何看到释放这种潜力的第一步，使我们能够回答关于我们宇宙和星系际介质的基本物理学的两个关键问题：标准宇宙学模型是否描述了“黑暗时代”的宇宙？“在这个重要的时期，星系际介质是如何演变的，以氢的再电离结束的？

来自黑暗时代与宇宙黎明的红移氢21厘米线的全局信号：对暗物质性质与第一缕光建模的依赖

Global signal in the redshifted hydrogen 21-cm line from the Dark Ages and Cosmic Dawn: Dependence on the nature of dark matter and modeling of first light

本文研究黑暗时代与宇宙黎明时期红移21厘米线全局信号对暗物质自湮灭/衰变参数及第一批源光谱能量分布的敏感性，指出需结合十米和米波段兼容观测才能约束暗物质与第一缕光模型。

再电离21厘米信号观测历元的刻度要求-- I.时间相关增益的影响

Calibration Requirements for Epoch of Reionization 21-cm signal observations -- I. Effect of time-correlated gains

剩余增益误差增加了射电干涉观测的系统性。在高动态范围观测的情况下，这些系统性效应在观测的热噪声上占主导地位。在这项工作中，我们调查的影响，时间相关的剩余增益误差估计的功率谱的天空亮度分布在高动态范围的观测。特别是，我们讨论了一种方法来估计的红移21厘米信号的中性氢在明亮的河外致密源的存在下，在功率谱估计的偏差。我们发现，对于基于可见度的功率谱估计器，特别是那些使用附近的基线相关性，以避免噪声偏差，在功率谱的偏差主要来自剩余增益误差的时间相关性。偏倚还取决于特定观测的基线分布。分析计算表明，偏差是占主导地位的某些类型的基线对用于能见度相关。我们进行了模拟观测的河外致密源的剩余增益误差的存在下，与GMRT类阵列和估计的功率谱的偏差。我们的研究结果表明，为了估计红移21厘米功率谱，更好的校准技术和估计的发展是必需的。

用一点统计法研究21厘米功率谱

Studying 21cm power spectrum with one-point statistics

中性氢原子的21厘米谱线信号是探测宇宙黎明和再电离期的有效工具。正在进行的和未来的低频无线电实验预计将检测到它的波动，特别是通过功率谱。本文给出了21 cm亮温涨落功率谱随时间演化的物理解释，它可分解为暗物质密度、自旋温度和氢涨落中性分数。从一点统计的波动，如方差和偏度，我们发现，在时间演化的峰和谷深相关的X射线加热的星系际气体，控制自旋温度。我们建议的亮度温度分布的偏度是一个关键的观察，以确定X射线加热的发病。

一氧化碳发射线和红移21厘米线的强度作图

Intensity Mapping with Carbon Monoxide Emission Lines and the Redshifted 21 cm Line

我们量化的前景使用CO分子的旋转跃迁的发射线进行“强度映射”观察在高红移的再电离时代（EoR）。CO强度测绘的目的是观察来自许多未解析星系的CO组合发射，测量这种发射的空间波动，并将其用作我们宇宙历史早期大尺度结构的示踪剂。这种测量将有助于确定分子云的性质-恒星形成的地点-在星系中，宇宙。我们进一步考虑了相互关联的CO强度图与未来观测的红移21厘米线的可能性。交叉谱比自功率谱对前景污染不太敏感，因此可以帮助确认每个信号的高红移来源。此外，交叉光谱测量将有助于提取关于EoR的关键信息，特别是关于电离区域的尺寸分布。我们讨论了在预测高红移的CO信号的不确定性，并讨论了改善这些预测的策略。在有利的假设和可行的规范CO调查映射的CO（2-1）和CO（1-0）线，CO排放波动的功率谱和它的交叉频谱与未来21厘米测量从MWA是可检测的高意义。

宇宙再电离及其辐射背景的模拟

Simulating Cosmic Reionization and the Radiation Backgrounds from the Epoch of Reionization

大规模的再电离模拟相结合的宇宙学N-体模拟，模拟不断变化的密度和速度场，并确定星系晕源的结果，与射线跟踪辐射转移计算模型的非平衡电离的星系际介质。这些模拟已被用来预测宇宙辐射背景，包括CMB，近红外和红移21厘米背景的再电离的一些签名的影响。我们总结了我们最近在这项工作中取得的一些进展，并解决这样的签名效果的观测是否可以用来区分不同质量的星系再电离的相对贡献的问题。

Critical Star-Formation Rates for Reionization: Full Reionization occurs at z = 7

We assess the probable redshift (z_rei ~ 7) for full reionization of the intergalactic medium (IGM) using a prescription for the co-moving star-formation-rate (SFR) density (rho_SFR) required to maintain photoionization against recombination. Our newly developed on-line reionization simulator allows users to assess the required SFR and ionization histories, using a variety of assumptions for galactic and stellar populations, IGM clumping factor and temperature, and LyC escape fraction. The decline in high-redshift galaxy candidates and Lya emitters at z = 6-8 suggests a rising neutral fraction…

使用交叉双谱提取偏差：EoR和21 cm-[ CII ]-[ CII ]案例研究

Extracting bias using the cross-bispectrum: An EoR and 21 cm-[CII]-[CII] case study

在再电离时期（EoR）的红移21厘米波动的幅度预计将显示出独特的“上升和下降”的行为，随着再电离过程中的红移减少。在大尺度上（k <~ 0.1 Mpc^{-1}），这主要可以通过平均21 cm亮温和偏置因子b_21（z）的乘积的演化来表征。这个量的演变在一个独特的方式，可以帮助确定平均电离历史的星系际介质（IGM）从即将到来的21厘米波动数据集。在这里，我们考虑<T_21>使用未来的红移21厘米和[CII]线强度映射数据集的组合提取b_21（z）。我们的方法利用21 cm-[CII]-[CII]交叉双谱对傅立叶空间中三角形配置形状的依赖性。这允许确定<T_21>b_21（z），但重要的是，比21 cm自谱对前景污染不太敏感，因此可以提供有价值的交叉检查。我们比较了模拟双谱与二阶微扰理论的结果：在大尺度下，当<T_21>b_（21）（z）&lt;~ 0.8时，微扰估计与真实值的匹配在10%以内<x_i>。我们认为，21厘米的自动双谱，并表明，该统计也可用于提取21厘米的偏差因子。最后，我们讨论了测量互双谱的测量要求。虽然我们专注于21厘米-[CII]-[CII]双谱在再电离过程中，我们的方法可能是更广泛的兴趣，可以应用于任何两个领域在整个宇宙历史。

宇宙黎明与再电离时期的21厘米信号成像及其与全局信号的关联

Imaging the 21-cm Signal from the Cosmic Dawn & Epoch of Reionization and the Connection with the Global Signal

本文回顾SKA-Low对红移21厘米信号的成像能力，分析图像数据的定量方法，并探讨与全局21厘米信号的关联。

Lyman极限系统对再电离年代演化和可观测性的影响

The Effects of Lyman-Limit Systems on the Evolution and Observability of the Epoch of Reionization

我们提出了第一个大规模的，完整的辐射转移模拟的星系际介质中的莱曼极限系统（LLS）的存在下的再电离。为了说明LLS不透明度的影响（可能被之前的模拟遗漏），我们添加了均匀或空间变化的无氢束缚不透明度。这种不透明度，作为电离光子的平均自由程（mfp），将观察到的再电离后红移依赖性外推到再电离的时期。在定性协议与以前的研究中，我们发现，在晚些时候的LLS的存在减慢电离前沿，并改变了H II区域的大小分布。我们定量表征的大小分布和形态演变的H II地区和研究的LLS的红移21厘米信号的补丁再电离的影响。LLS的存在使电离历史延长了$Δz \sim 0.8$。LLS吸收体显著阻碍H II区的后期生长。位置相关的LLS分布进一步减慢再电离，并且另外限制了电离区域的后期生长。然而，不存在H II区域的“冻结”，并且最大区域增长到模拟体积的大小。21厘米的功率谱表明，在大尺度上的功率下降了2倍的50%和75%的电离阶段（在$k = 0.1$ $\text{h} \, \text{Mpc}^{-1} $），反映了限制作用的LLS的增长电离补丁。统计观测量，如RMS的亮度温度波动和21厘米的功率谱在大尺度（$k = 0.05 - 0.1$ $\text{h} \, \text{Mpc}^{-1} $）的峰值幅度减少的LLS的存在。