COMAP 早期科学 VII：再电离时期 CO 强度映射的前景

我们介绍了 COMAP-EoR，即一氧化碳映射阵列项目的下一代，旨在将 CO 强度映射扩展到再电离时期。COMAP-EoR 在现有 30 GHz COMAP Pathfinder 的基础上补充了两台额外的 30 GHz 仪器和一个新的 16 GHz 接收机。这一频率组合将能够在再电离红移（$z\sim5-8$）处同时映射 CO(1--0) 和 CO(2--1)，并显著提升 Pathfinder 在 $z\sim3$ 处的灵敏度。我们考察了一组现有的 EoR CO 信号模型，发现功率谱跨越数个数量级，突显了我们对这一宇宙历史时期的极度无知以及 COMAP-EoR 测量的价值。我们进行了迄今为止最详尽的一次强度映射交叉相关预测，发现我们所考虑的六种模型中有五种为 COMAP-EoR 给出了信噪比（S/N）$\gtrsim20$，其中最亮的模型信噪比超过 400。我们表明，对于这些模型，COMAP-EoR 能够对从 $z\sim2-8$ 的宇宙分子气体历史做出精细测量，并探测这些模型所预言的、传统巡天无法探测到的暗弱恒星形成星系族群。我们表明，对于唯一一个不预言大量暗弱发射体的模型，需要 COMAP-EoR 类型的测量来排除其存在。我们简要探讨了第三代扩展再电离阵列（COMAP-ERA）的前景，其能够探测最暗弱的模型并极细致地刻画最亮信号。