超越 BAO 的宇宙学：来自莱曼-$\alpha$ 森林三维分布

我们提出了一种拟合莱曼-$\alpha$（Ly$\alpha$）森林三维（3D）相关函数全形状以测量 Alcock-Paczynski（AP）效应的新方法。我们的方法保持了重子声学振荡（BAO）分析的稳健性，同时还从更广尺度范围提供额外宇宙学信息。我们利用 Ly$\alpha$ 自相关及其与类星体的互相关，计算了暗能量光谱仪（DESI）的理想化预测，并展示此类分析如何改进宇宙学约束。DESI 的 Ly$\alpha$ BAO 分析预计将以约 $0.9\%$ 的精度分别测量 $H(z_\mathrm{eff})r_\mathrm{d}$ 和 $D_\mathrm{M}(z_\mathrm{eff})/r_\mathrm{d}$，其中 $H$ 为哈勃参数，$r_\mathrm{d}$ 为共动 BAO 尺度，$D_\mathrm{M}$ 为共动角直径距离，测量的有效红移为 $z_\mathrm{eff}\simeq2.3$。通过从两个相关函数的全形状拟合 AP 参数，我们展示可分别在 $H(z_\mathrm{eff})r_\mathrm{d}$ 和 $D_\mathrm{M}(z_\mathrm{eff})/r_\mathrm{d}$ 上获得约 $0.5-0.6\%$ 的精度。此外，我们展示 Ly$\alpha$ 自相关及其与类星体互相关的联合全形状分析可测量线性增长率乘以 $8\;h^{-1}$Mpc 球内物质涨落振幅，即 $f\sigma_8(z_\mathrm{eff})$。此类分析可提供红移 $z_\mathrm{eff}>2$ 处 $f\sigma_8(z_\mathrm{eff})$ 的首次测量。通过将其与类星体自相关在三个高红移两点相关函数的联合分析中结合，我们展示 DESI 能够以 $5-12\%$ 的精度测量 $f\sigma_8(z_\mathrm{eff}\simeq2.3)$，具体取决于所拟合的最小尺度。