宇宙学氢复合：极高n态的影响

宇宙学氢复合的计算对于从宇宙微波背景（CMB）观测中提取宇宙学参数，以及对暴胀和再电离施加约束至关重要。Planck任务和未来的实验将在角尺度小至l~2500的范围内对CMB各向异性进行高精度测量，这要求复合计算的分辨精度达到约10^{-3}。近期关于复合的研究包括来自高激发态的双光子跃迁以及许多辐射转移效应。现代复合计算分别跟踪氢原子的角动量子能级，以精确处理晚期（z<900）的非平衡效应。包含氢的极高n（n>100）态在计算上具有挑战性，至今无法确定预测CMB各向异性谱达到Planck足够精度所需的最大n值。本文展示了新多能级原子代码RecSparse的结果。首次包含了氢的“禁戒”四极跃迁，但结果表明其影响可忽略。RecSparse旨在快速计算包含氢极高n态的复合历史。计算了n_max高达250的一系列值的复合历史，并分别跟踪氢原子的所有角动量子能级和能量壳层。使用不够高的n_max值（例如n_max=64）会导致预测的CMB功率谱出现误差（例如对Planck为1.8σ）。外推误差表明，在纯辐射情况下，对于n_max=128，所得CMB各向异性谱在Fisher矩阵水平上收敛至0.5σ。