再电离前21厘米结构可探测性的增强
宇宙学与河外天体物理
2015-05-19 v1
摘要
在宇宙被再电离之前，星际氢的自旋温度很可能通过第一代恒星的紫外辐射经由Wouthuysen-Field效应与宇宙微波背景（CMB）退耦。如果此时星际介质（IGM）尚未被加热到高于CMB温度，那么相对于CMB，气体将呈现吸收特征。大而稀有的X射线源可以向中性IGM注入足够的热量，使得微分亮温度在数十到数百Mpc的共动距离上大于零，从而在角分到度的角尺度上产生振幅约为250 mK的大尺度21厘米涨落，其振幅比再电离期间由电离泡引起的涨落（约25 mK）大一个数量级。因此，与不均匀再电离产生的信号相比，该信号可能更容易被探测到，并能探测到更高的红移。对于第一批加热IGM的天体是包含10^7太阳质量黑洞、在z~15时丰度超过约1个每Gpc^3的类星体的情况，使用阿雷西博天文台或五百米口径球面射电望远镜（FAST）进行约一个月的专项巡天观测，可以以大于5σ的显著性探测并成像其涨落。此外，现有的设施如MWA和LOFAR可以探测到由包含10^5太阳质量黑洞、在z~10-12时丰度约为10^4个每Gpc^3的群体产生的统计涨落。
引用
@article{arxiv.1007.0001,
title = {Enhanced Detectability of Pre-reionization 21-cm Structure},
author = {Marcelo A. Alvarez and Ue-Li Pen and Tzu-Ching Chang},
journal= {arXiv preprint arXiv:1007.0001},
year = {2015}
}
备注
5 pages, 4 figures, submitted to ApJ Letters; comments welcome