模拟再电离后宇宙中的中性氢分布：强度映射

我们对再电离后时代的中性氢（HI）分布进行建模，并研究其在未来 SKA 射电望远镜 21 cm 强度映射中的可探测性。我们依赖高分辨率的流体动力学 N 体模拟。HI 通过两种不同的方法后验地分配给气体粒子：一种是基于晕的方法，仅将 HI 分配给位于暗物质晕内的气体粒子；另一种是基于粒子的方法，使用基于粒子物理性质的预设将 HI 分配给所有气体粒子。随后将 HI 的统计性质与阻尼莱曼-$\alpha$ 吸收体（DLAs）及低柱密度系统的观测性质进行比较，发现所有情况均具有合理的良好一致性。在基于晕的方法中，我们进一步考虑了两种不同的方案，旨在通过在晕内分布 HI 来重现 DLAs 的观测性质：其中一种方案导致 DLAs 的偏置显著更高，这与最近的观测一致，并且相对于另一种方案，它将 21 cm 功率谱提升了约 4 倍。我们根据模拟的 HI 分布计算了 21 cm 功率谱，并计算了 SKA1-mid 和 SKA1-low 两种配置在 $2.4 \leq z \leq 4$ 范围内的预期信号。我们发现 SKA 能够在非线性区域探测到 21 cm 功率谱，对于 SKA1-mid 可达 $k\sim 1\,h$/Mpc，对于 SKA1-low 可达 $k\sim 5\,h$/Mpc（观测时间为 100 小时）。我们还研究了成像 HI 分布的前景。我们的发现表明，在 $z=4$ 处，对于 $2'$ 的合成波束宽度和约 1000 小时的观测时间，SKA1-low 能够以高于 5 的信噪比（SNR）探测到质量最大的 HI 峰值。相比之下，SKA1-mid 若要在 $z\geqslant2.4$ 的红移处达到可比的 SNR 水平，则需要更长的观测时间。