首批星系的探测及其基本应用

在标准冷暗物质宇宙模型中，首批星系于z=30-40时代于质量为$M=10^{7.5}-10^9 M_\odot$的星系内部形成，可能每颗星系显示出延伸的氢21-cm吸收光环，对抗宇宙微波背景辐射的亮度温度减弱为$\delta T=-(100-150)mK$，其半径为0.3 < r < 3.0 comoving Mpc，对应角尺度为10-100 arcseconds。预计可在z=30-40的21-cm体测绘（在35-45MHz处）进行的红移壳中进行，下一代射电望远镜有望探测到数百万颗首批星系，可能在天体物理学和宇宙学领域开启极其富有成效的研究新局面。首先，它可能直接获取首批星系中星形成物理学的信息；其次，可提供一种独特且灵敏的探测手段，用于探测标准宇宙模型中小尺度功率，从而探究暗物质和暴涌物理学；第三，可独立地（或许更“干净”）地表征功率谱中某些大尺度特征，如原子振荡。最后，或许最可靠的是，每颗21-cm吸收光环预计将高度呈球形，并忠实地遵循哈伯流。通过对首批星系样本应用阿尔科斯-帕茨金斯基测试（Alcock-Paczynski test），或许能够仅受独立确定物质密度精度的限制，确定暗能量方程状态。