暗林之光——I. 三维莱曼-alpha森林功率谱的高效最优估计器

莱曼-alpha（Lyα）森林数据的高度各向异性引入了复杂的巡天窗函数，使得三维功率谱（P_3D）的测量变得复杂。在本文中，我们提出了首个针对 P_3D 的完全最优估计器，该估计器能够精确反卷积巡天窗函数，并对污染模式进行边缘化处理以消除其对功率谱的畸变。我们的方法将针对二维宇宙微波背景数据开发的最优估计技术适配到三维情况。为实现计算可行性，我们采用共轭梯度法，并实现 P³M 形式体系以分别高效处理大尺度和小尺度操作。我们使用蒙特卡洛模拟和高斯仿真验证了估计器，证明了其准确性和计算效率。我们确认，模式边缘化处理消除了由类星体连续谱误差引起的畸变，并提供了稳健的功率谱估计，尽管它在大尺度上会膨胀误差。该首次实现适用于平天情况；我们讨论了推广到弯曲天空所需的剩余步骤。该形式体系为莱曼-alpha森林 P_3D 测量奠定了基础，并为从莱曼-alpha森林数据获取宇宙学约束开辟了新路径。