通过两种新的21cm波动来源探测最早的星系

在红移约为20-30的时期形成的第一批星系发射连续光子，其能量位于氢的Lyman-α 与 Lyman 限之间，此时宇宙中性气体对这些光子几乎完全透明，仅在Lyman 系列共振线处有吸收。随着这些光子红移或散射进入Lyman-α 共振线，它们将氢21cm 转换的自旋温度与气体温度耦合，从而使其偏离微波背景温度。我们表明，第一批星系发射的光子波动在Lyman-α 耦合未饱和之前，导致21cm 流光子波动呈现强烈波动。这些波动由星系密度的偏不均匀性以及星系数量的泊松波动引起。观测这些两种波动源的功率谱将探测最早星系的数量密度以及其宿主暗物质星系的典型质量。Lyman-α 耦合时期21cm 波动的增强幅度显著提高了其探测的实际前景。