在红移 21 厘米图中探测电离泡

人们认为，宇宙的再电离是通过中性星际介质（IGM）中电离区域（气泡）的增长而发生的。我们研究了在红移中性氢（HI）21 厘米辐射的射电干涉观测中探测这些气泡的可能性。信号（1 mJy）将被噪声和前景辐射所淹没，后者至少比信号强几个数量级。我们开发了一种基于可见度的形式体系，该体系使用一个滤波器来最优地组合来自气泡的整个信号，同时最小化噪声和前景的贡献。这种形式体系对在射电干涉观测中探测电离泡或明确排除其存在的能力做出了明确的预测。我们对当前正在运行的 GMRT 和即将建成的仪器 MWA 在 150 MHz 频率（对应红移 8.5）进行了预测。对于这两种仪器，我们表明，如果气泡位于视场中心，在 100 小时的观测中，可以 3 sigma 探测到共动半径 $R_b > 40$ Mpc（假设为球形）的气泡；在 1000 小时的观测中，可以探测到 $R_b > 22$ Mpc 的气泡。在这两种情况下，该滤波器都能有效去除预期的前景贡献，使其低于信号水平，因此系统噪声成为决定性标准。我们发现，由于 HI 分布的统计涨落，存在一个可探测最小气泡的基本限制。假设 HI 示踪暗物质，我们发现，无论积分时间多长，使用 GMRT 无法探测到 $R_b < 8$ Mpc 的气泡，使用 MWA 无法探测到 $R_b < 16$ Mpc 的气泡。