一种基于每条基线的延迟谱技术用于探测 21cm 宇宙再电离信号

测量来自宇宙再电离的 21cm 发射功率谱的一个关键挑战，是补偿干涉仪采样模式的频率依赖性，这种依赖性可能导致平滑谱前景显得不平滑，从而降低前景与目标信号之间的分离度。在本文中，我们提出了一种明确考虑这种频率依赖性的前景去除方法。我们将 Parsons & Backer (2009) 引入的延迟变换应用于干涉仪的每条基线，将平滑谱前景集中在该基线上物理可实现的最大几何延迟范围内。通过关注对应于地平线以外图像域区域的延迟模式，我们表明可以避免大部分平滑谱前景。我们将延迟模式的点扩散函数映射到 k 空间，表明未受前景污染的延迟模式也代表了三维功率谱的样本，可用于限制宇宙再电离。由于该方法仅利用谱平滑性来区分前景与目标的 21cm 信号，这种每条基线的分析方法依赖于谱上和空间上平滑的仪器响应来进行前景去除。对于相对于干扰前景具有足够平滑水平的仪器，该技术大幅降低了此前认为探测 21cm 再电离所需的校准水平。因此，该方法对阵列内的天线配置施加了更少的约束，促进了针对功率谱灵敏度优化的配置的采用。在这些假设下，我们展示了 PAPER 利用 132 个偶极子在 7 个月的观测中，在 $k\sim0.2h$ Mpc$^{-1}$ 附近探测到振幅为 10 mK$^2$ 的 21cm 再电离信号的潜力。