21cm 强度映射功率谱的多极展开：SKA 天文台宇宙学参数的预估约束

通过射电望远镜对晚期宇宙中中性氢的大尺度分布进行测量（利用氢 21cm 谱线发射）有望在未来几年成为关键的宇宙学探针。我们探索了 21cm 强度映射观测对描述 $\Lambda$CDM 模型的完整宇宙学参数集的约束能力。我们假设 SKA 天文台采用单碟巡天，并在红移范围 $z=0.25-3$ 内的六个红移箱中模拟了 21cm 线性功率谱的单极与四极。通过马尔可夫链蒙特卡洛技术数值计算了预估约束。我们通过实现 21cm 功率谱多极的似然函数来扩展采样器 \texttt{CosmoMC}。我们评估了仅使用模拟数据集以及其与 Planck 2018 CMB 观测结合时的约束能力。我们讨论了将测量扩展至非线性尺度对我们分析的影响。我们发现，仅 21cm 多极观测就足以获得与其他探针相当的宇宙学参数约束。将 21cm 数据集与 CMB 观测结合可显著减小所有宇宙学参数的误差。最强效应出现在 $\Omega_ch^2$ 和 $H_0$ 上，其误差减小了近四倍。我们估计的百分比误差为 $\sigma_{\Omega_ch^2} = 0.25\%$ 和 $\sigma_{H_0} = 0.16\%$，而仅 Planck 的结果为 $\sigma_{\Omega_ch^2} = 0.99\%$ 和 $\sigma_{H_0} = 0.79\%$。我们得出结论：21cm SKAO 观测将提供一种有竞争力的宇宙学探针，与 CMB 互补，从而对于在宇宙学参数约束上获得统计显著性至关重要，允许对当前宇宙学模型进行压力测试。