21厘米线宇宙学辐射转移的协变公式

中性氢的21厘米超精细线是探测黑暗时代、宇宙黎明和再电离时期宇宙条件的有效工具。在大多数当前计算中，给定频率的21厘米线信号是使用沿视线积分线不透明度并修正宇宙膨胀来计算的。这些计算未完全捕捉辐射转移中线和连续谱的相互作用，以响应辐射场的演化以及视线介质热学和动力学性质的变化。我们构建了21厘米线辐射转移的协变公式，并推导了宇宙学21厘米线辐射转移（C21LRT）方程。该公式正确考虑了局部发射和吸收过程以及辐射在膨胀宇宙中传播到当前观测者时线与连续谱的相互作用。我们的C21LRT计算表明，简单求和线光学深度的方法在红移$z \sim 12-35$时可能导致21厘米信号5%的误差，在红移$z \lesssim 8$时误差$>10\%$。因此，正确的协变辐射转移对于从21厘米层析数据中提取再电离时期宇宙结构演化信息的正确理论模板是必要的。