低频宇宙学：21 厘米跃迁与高红移宇宙

利用中性氢的 21 厘米超精细结构谱线对高红移宇宙的观测，有望为早期宇宙结构形成打开一个全新的窗口。在此，我们回顾了 21 厘米跃迁的物理过程，重点关注在高红移下相关的过程，并描述了从这些观测中可能获得的见解。这些包括测量红移约 50 处的物质功率谱、观测宇宙网和第一批发光天体的形成，以及描绘星系际介质的再电离。再电离纪元尤其令人感兴趣，因为巨大的 HII 区将在 21 厘米背景中引发显著的涨落。我们还讨论了探测这一信号所涉及的实验挑战，重点强调了银河系和河外前景辐射。这些前景辐射在低频方向迅速增加，对于最高红移的应用尤其严重。假设这些困难能够被克服，红移的 21 厘米谱线将为高红移宇宙提供独特的见解，补充其他探测手段，并提供从红移约 200 到红移约 6 的结构形成的唯一直接三维视图。