再电离 21 cm 信号中对模型不敏感的重子声学振荡特征

我们考察了重子-暗物质相对速度对再电离期间星系际小尺度结构及 21 cm 信号的影响。流速度在 $\sim 10^4 - 10^8$ M$_{\odot}$ 质量尺度上降低了星系际介质（IGM）的成团性。该效应在波数 $k\sim 0.1$ h/Mpc 处的 21 cm 功率谱中产生了一个显著的重子声学振荡（BAO）特征，临近波数处即将开展的巡天将最为敏感。与流速度对恒星形成高度不确定的影响相反，其对成团性的影响受约束更好，因为它主要由宇宙学与直接的气体动力学所决定。我们使用捕捉再电离前气体金斯尺度的耦合辐射-流体动力学模拟来量化后者。电离气体的成团因子在具有 RMS 流速度的区域中降低了 5-10%。该抑制在区域再电离后约 5 Myr 达到峰值，但因压力平滑而在 200 Myr 内消失。我们建模了该效应对 21 cm 信号的相应影响，发现 BAO 特征最可能在约 10% 电离时出现。在此阶段，该特征在 $k \sim 0.1 (0.06)$ h/Mpc 处可能以 1% (5%) 的水平出现，其振幅在一系列再电离历史中变化小于 10 倍。我们还提供了源于流速度对电离源影响的信号模型，其可因高度不确定的源性质而相差 4 个数量级。我们发现，除非 $10^6 - 10^8$ M$_{\odot}$ 晕中的第三星族恒星形成对再电离前 10% 有显著贡献，否则成团信号很可能主导源信号。