使用再电离纪元氢阵列评估 21cm-Ly$\alpha$ 协同观测的可行性

对再电离纪元（EoR）的 21cm 和 Ly$\alpha$ 强度图进行互相关，有望成为探索第一批星系特性的强大工具。下一代强度映射实验，如再电离纪元氢阵列（HERA）和 SPHEREx，将分别通过 21cm 和 Ly$\alpha$ 谱线的功率谱探测再电离过程，但将受到明亮前景和仪器系统误差的限制。对这些测量进行互相关可以减少系统误差，从而有可能收紧推断的天体物理参数的约束。在本研究中，我们给出了考虑精确 uv 采样和前景滤波效应的互相关预测，以评估 HERAxSPHEREx 探测 21cm-Ly$\alpha$ 互功率谱的可行性。我们还预测了 HERA 与拟议的下一代宇宙黎明强度测绘仪（CDIM）之间互功率谱的灵敏度。通过隔离不确定性来源，我们探讨了实验限制（如前景滤波和 Ly$\alpha$ 热噪声不确定性）对探测互功率谱的影响。然后，我们在互功率谱和观测误差的模拟中实施了这一策略，并确定了基准 21cmFAST 模型预测具有最高信噪比探测的宇宙红移（$z \sim 8$）。我们得出结论，探测 SPHEREx-HERA 互相关将需要乐观水平的 21cm 前景滤波，以及由于缺乏重叠敏感模式而需要更深的热噪声积分；但对于具有更大尺度范围和更低噪声预测探测水平的 CDIM，即使采用更严格的 21cm 前景滤波，也可能实现探测。