基于 Halo 模型的宇宙中性氢快速仿真

宇宙中性氢（HI）调查提供了对后重联时代以及标准宇宙模型的有前景的体测绘手段。该信号的仿真对于最大化这些调查的实用性至关重要。我们 presented a 基于 Halo 模型方法的快速仿真宇宙中性氢分布的方法。采用近似的 PINOCCHIO 代码，我们生成深空暗物质灯塔的过去光锥。随后，根据 HI-灯塔质量关系填充灯塔中的 HI。21 cm 强度映射的特性要求进行大体积仿真并具备高灯塔质量分辨率。为满足这两个要求，我们模拟了 declinations 位于 -15°至 -35°之间的过去光锥，频率范围为 700至 800 MHz，匹配 HIRAX，即 Hydrogen Intensity and Real-time Analysis eXperiment。我们对 1 h$^{-3}$Gpc$^3$ 的盒子进行了 6700$^3$ 个仿真粒子的 PINOCCHIO 计算。通过该配置，质量为 M$_\text{min}$ = 4.3 $\times$ 10$^{9}$M$_{\odot}$ 的灯塔被模拟，结果恢复了超过 97% 的预期 HI 密度。从深空物质和 HI 过去光锥中，我们创建了宽度为 5 MHz 的图。为验证仿真结果，我们在 PINOCCHIO 中实现并展示了这里的解析深空物质和 HI Halo 模型，专为针对理论宇宙预测而设计的 Python 包 PyCosmo。我们对深空物质和 HI 的质量函数、质量密度、功率谱和角功率谱进行了广泛的分析与仿真进行大量比较。我们发现质量函数和质量密度之间接近一致，误差在几个百分点内。对于三维功率谱和角功率谱，我们观察到良好的一致性，误差小于 10%。