关于复合纪元光谱涟漪的探测

预测在氢复合纪元（$500 \lesssim z \lesssim 1600$）和氦复合纪元（HeII $\rightarrow$ HeI 为 $1600 \lesssim z \lesssim 3500$，HeIII $\rightarrow$ HeII 为 $5000 \lesssim z \lesssim 8000$）发射的光子将表现为宇宙微波背景的宽而弱的光谱畸变。我们提出了一项地面实验探测这些复合线的可行性研究，这将提供对宇宙热电离历史的观测约束，独特地探测最后散射面之外的天体物理宇宙学。我们发现，2--6 GHz 窗口内的倍频程波段对于此类实验是最优的，既能最大化信噪比，又包含足够的谱线结构。在这些频率下，预测信号表现为振幅约为 $8$ nK 的附加准正弦分量，嵌入在亮度高出九个数量级的天空光谱中。我们讨论了一种通过前景建模来探测天空光谱中这些微小手谱波动的算法。我们引入了一种\textit{最大平滑}函数，能够描述前景光谱并区分目标信号。通过贝叶斯统计检验和模拟数据，我们估计使用由 128 个辐射计组成的阵列，配合低温冷却的最先进接收机观测 255 天，有可能以 90\% 的置信度探测到预测的畸变。我们得出结论，探测在实际观测时间内原则上是可行的；我们提出了 APSERa（复合纪元精密光谱仪阵列），这是一台专门用于探测这些复合线的射电望远镜。