用 SKA-Low 探测再电离后宇宙中的 HI 功率谱

我们提出一种在存在前景与仪器效应的情形下，利用 SKA-Low 射电望远镜探测 $5<z<6$ 处中性氢(HI)功率谱的巡天策略。我们模拟了再电离后固有微弱 HI 信号的观测，具有不同水平的噪声与相当于天空模型减除后残差的前景振幅污染。我们发现需要对成像数据使用盲信号分离方法，以在宇宙大尺度上恢复 HI 信号。比较不同前景清洗方法，我们发现高斯过程回归(GPR)优于主成分分析(PCA)，关键区别在于 GPR 对总数据协方差使用平滑核。一个视场的积分时间需大于 $\sim 250$ h，以提供足够大的信噪比(SNR)来精确建模用于前景清洗的数据协方差。在主波束视场内的图像给出了 HI 功率谱在尺度 $k\sim 0.02\,{\rm Mpc^{-1}}-0.3\,{\rm Mpc^{-1} }$ 的测量，在 $\Delta[{\rm log}( k/{\rm Mpc^{-1}})] = 0.25$ bins 中 SNR $\sim 2-5$，假设积分时间 $600$ h。引入跨频率通道小尺度涨落的系统效应需 $\lesssim 5\times 10^{-5}$，以实现前景楔外部的无偏测量。我们的结果朝使用 SKA-Low 阵列测量再电离后宇宙中的 HI 功率谱提供了重要验证。