用干涉仪测量宇宙学 21 cm 单极子

宇宙学21 cm信号的测量仍是射电天文学一个大有希望但迄今未实现的抱负。正检测将直接观测我们宇宙历史中关键未探索时期，包括宇宙黑暗时代和再电离。本文聚焦于21 cm亮温度的空间单极子作为红移函数（“全局信号”）的测量。迄今大多数全局实验都是单天线实验。本文展示如何设计干涉仪以对天空的单极子模式敏感，从而提供获取全局特征的替代方法。我们提供设计全局信号干涉仪的经验法则，并用数值模拟表明，具有中等大小主波束（半高全宽 $\sim$40$^\circ$）的紧凑天线单元小阵列，在约束与再电离和前再电离时代相关的现象学参数能力上，可与典型单天线实验竞争。我们还提供从干涉测量中提取全局信号的一般数据分析框架（单天线实验分析作为特例），并讨论各种数据分析选择的权衡。鉴于干涉测量能够避免单天线实验固有的若干系统误差，我们的结果表明干涉测量应作为一种补充方式探索以探测全局信号。