利用 kSZ$^2$–21 cm 关联测量斑块状再电离

我们研究了再电离时期(epoch of reionisation, EoR)动力学 Sunyaev-Zel'dovich 效应(kSZ)与 21 cm 信号的互相关,以测量斑块状再电离的效应。由于 kSZ 效应与视线速度成正比,kSZ–21 cm 互相关在小角尺度上会因相消而减弱。因此我们聚焦于 kSZ 平方场(kSZ$^2$)与 21 cm 信号之间的关联。当全局电离分数较低($x_e\lesssim 0.7$)时,kSZ$^2$ 涨落由稀有的电离泡主导,从而导致与 21 cm 信号的反关联。当 $0.8\lesssim x_e<1$ 时,关联由中性区的小块区域主导,产生正相关。然而,在极高红移且 $x_e<0.15$ 时,自旋温度涨落会使关联符号由负变正,因为在此情形下弱电离区可具有强 21 cm 信号。为提取该关联,我们发现 Wiener 滤波能有效去除原初 CMB 各向异性的大尺度信号。对于即将建成的 Square Kilometer Array 数据与当前一代 CMB 观测台在 100~deg$^2$ 范围内、噪声 3.4~$\mu$K arcmin、束宽 1.7~arcmin 的图进行互相关,约 10 小时积分所对应的预期信噪比在 $x_e=0.2$、0.5 和 0.9 时分别为 51、60 和 37。