21厘米全局信号的宇宙方差
宇宙学与河外天体物理
2021-01-13 v1 星系天体物理
天体物理仪器与方法
摘要
中性氢21厘米谱线的宇宙学测量将极大地增进我们对早期宇宙的理解。特别是,再电离时期与宇宙黎明在很大程度上仍未被探索,而21厘米信号是少数能触及它们的探针之一。最简单的21厘米测量是全局信号(GS),它对应于整个天空中21厘米光子的平均吸收或发射。尽管明亮的射电前景在整个可观测频率范围内淹没了宇宙信号,构成了巨大的障碍,但在足够灵敏度下原则上可被扣除。然而,我们在此指出21厘米GS的一个额外且不可约的误差来源:宇宙方差。宇宙方差噪声源于21厘米实验可触及的宇宙有限体积。由于21厘米光子的宇宙学红移,每个观测频率探测特定宇宙年龄下的我们的宇宙,对应于一个窄红移切片。大的21厘米涨落使得每个切片内的GS不同于全宇宙平均的GS。我们估计了该宇宙方差噪声的大小,发现对于标准情形其量级为 mK,约为一年期实验预期仪器噪声大小的。有趣的是,对于具有极端21厘米涨落的情景(如为解释所声称的EDGES探测的尖锐性而提出的那些),宇宙方差可能超过仪器噪声。此外,由于大尺度21厘米涨落在长距离上相干,宇宙方差使邻近红移处GS的测量相关联,导致迄今被忽略的非对角不确定性。
引用
@article{arxiv.2005.03664,
title = {Cosmic Variance of the 21-cm Global Signal},
author = {Julian B. Muñoz and Francis-Yan Cyr-Racine},
journal= {arXiv preprint arXiv:2005.03664},
year = {2021}
}
备注
5+9 pages, 3+5 figures