利用 CMB 与光谱巡天交叉相关约束电离气体演化

我们预测了通过动力学 Sunyaev-Zeldovich (kSZ) 效应与不同红移处重建的动量场之间的层析交叉相关，对不同演化时期的电离气体模型 $f_{\rm gas}(z)$ 的潜在约束。我们考虑的实验是 Planck 和 CMB Stage-4 巡天用于 CMB，以及 SDSS-III 用于星系光谱巡天。我们计算了层析交叉相关功率谱，并使用 Fisher 矩阵来预测不同 $f_{\rm gas}(z)$ 模型的可探测性。我们发现，对于常数 $f_{\rm gas}$ 模型，Planck 可以将每个红移区间的 $f_{\rm gas}$ 误差 ($\sigma_{f_{\rm gas}}$) 约束到 $\sim 0.2$，而 CMB-S4 的四种情况可以达到 $\sigma_{f_{\rm gas}} \sim 10^{-3}$。对于 $f_{\rm gas}(z)=f_{\rm gas,0}/(1+z)$ 模型，误差范围会略微变宽。我们还研究了模型 $f_{\rm gas}(z)=f_{\rm gas,0}/(1+z)^{\alpha}$。Planck 无法约束红移演化指数，但 CMB-S4 实验可以将指数 $\alpha$ 约束到 $\sigma_{\alpha} \sim 0.01$--$0.1$ 的水平。层析交叉相关方法将提供对宇宙不同演化时期电离气体演化的精确测量。