来自21厘米强度映射的重子声学振荡：平方公里阵列案例

我们定量研究了在再电离后时代利用单天线21厘米强度映射观测探测重子声学振荡（BAO）的可能性。我们表明，望远镜波束会模糊各向同性的BAO特征，并且在平方公里阵列（SKA）仪器的情况下，使其在红移$z\gtrsim1$处无法探测。然而，我们证明BAO峰仍可在径向21厘米功率谱中被探测到，并描述了一种进行此类测量的方法。通过数值模拟，其中包含21厘米宇宙学信号以及最相关的银河系和河外前景及基本仪器效应，我们量化了在21厘米功率谱中测量径向BAO尺度的精度。我们系统地研究了信噪比和恢复的BAO信号的精度作为宇宙方差、仪器噪声、角分辨率和前景污染的函数。我们发现，SKA的预期噪声水平在低红移处会使最终的BAO误差相对于宇宙方差极限情况增加约$\sim5\%$，但在$z\sim2-3$处该效应增长至$\sim65\%$。此外，我们发现径向BAO特征对前景系统误差具有稳健性，其主要影响是前景残差的贡献以及为避开高前景区域所需减少的天空面积，导致标准尺的最终不确定性增加约$\sim20\%$。我们还发现，在整个红移范围内应以高显著性探测到径向BAO特征。我们得出结论，由SKA进行的21厘米实验应能直接测量膨胀率$H(z)$，并在红移$z\lesssim2.5$处达到具有竞争力的百分级精度。