通向精确宇宙学之路：四种有前景的晚期宇宙探针的协同作用

在未来几十年中，有必要打造新的晚期宇宙学探针，以同时精确约束哈勃常数与暗能量状态方程。本工作中，我们表明四种典型的晚期宇宙学探针——21 cm 强度映射（IM）、快速射电暴（FRB）、引力波（GW）标准汽笛与强引力透镜（SGL）——有望成为解决哈勃张力与探索暗能量的有用工具。我们提出它们之间的协同在宇宙学中相当重要。我们分别基于 Hydrogen Intensity and Real-time Analysis eXperiment（HIRAX）、Square Kilometre Array（SKA）、Einstein Telescope（ET）和 Large Synoptic Survey Telescope（LSST）的假设观测模拟了 21 cm IM、FRB、GW 和 SGL 数据。我们发现四种探针在宇宙学约束中呈现出明显不同的参数简并方向，因此它们的任意组合都能打破参数简并，从而显著提升约束精度。联合的 21 cm IM+FRB+GW+SGL 数据在 $\Lambda$CDM 模型中可提供 $\sigma(\Omega_{\rm m})=0.0022$ 与 $\sigma(H_0)=0.16\ \rm km\ s^{-1}\ Mpc^{-1}$ 的约束误差，达到精确宇宙学标准，即参数约束精度优于 1%。此外，联合数据在 $w$CDM 模型中给出 $\sigma(w)=0.020$，在 $w_0w_a$CDM 模型中给出 $\sigma(w_0)=0.066$ 与 $\sigma(w_a)=0.25$，均优于 CMB+BAO+SN 数据所得约束。我们展示了四种晚期宇宙学探针之间的协同具有宏伟前景。