利用干涉仪探测再电离时期的全球21厘米信号

探测全球红移21厘米信号是阐释暗时代及随后的再电离时期（EoR）物理过程的极佳手段。然而，由于需要对显著更亮的前景和仪器系统误差进行高精度仪器校准与建模，探测这一微弱单极子信号具有挑战性。特别是，在以单单元频谱辐射计探测全球信号的实验中，以mK精度对接收机噪声建模并分离仍是一项艰巨任务。干涉仪不对接收机噪声响应；因此，我们在此探讨干涉仪对全球信号的响应理论。换言之，我们讨论由21厘米信号的单极分量引起的电场空间相干性，以及利用传感器阵列探测该相干性的方法。我们首先推导了由单位偶极子和谐振环天线组成的两单元干涉仪对均匀天空的响应，然后将分析扩展到由一维阵列构成的干涉仪并考虑二维孔径天线。最后，我们描述了可能增强相干性的方法，以使干涉测量在单极分量上获得更高灵敏度。我们得出结论：（a）利用干涉仪测量来自EoR的全球21厘米信号确实是可能的；（b）一种实际有用的配置是以全向天线作为干涉仪单元；（c）空间相干性可增强，且全球EoR信号的可探测性可通过例如在干涉仪单元间使用空间光束分离器而得以改善。