超越光学深度：从 CMB 对未来电离历史的决定

我们探索仅利用大尺度宇宙微波背景 (CMB) 各向异性测量约束再电离历史的基本极限。分数电离 $x_e(z)$ 的红移分布影响 CMB 偏振的角分布。我们利用低噪声全天空 CMB 温度与 E 模式测量，投影得到宇宙再电离历史的约束。我们表明，测得的 TE 功率谱 $\hat C_\ell^\mathrm{TE}$ 对再电离光学深度 $\tau$ 的约束能力约为 $\hat C_\ell^\mathrm{EE}$ 的四分之一，且其加入使 $\tau$ 的精度较仅用 $\hat C_\ell^\mathrm{EE}$ 提高 20%。我们还使用一个带额外高红移步骤的两步再电离模型，由早期电离分数 $x_e^\mathrm{min}$ 和晚期再电离步骤 $z_\mathrm{re}$ 参数化。我们发现未来对多极矩 $10\leqslant\ell<20$ 的高信噪比测量对于打破 $x_e^\mathrm{min}$ 与 $z_\mathrm{re}$ 之间的简并尤为重要。此外，我们表明，从灵敏度为 $10\,\mathrm{\mu K\,arcmin}$ 的地图确定的这些参数的不确定性比无噪声情形下的不确定性大不到 5%，使得该噪声水平成为未来大面积 E 模式测量的自然目标。