最优巡天参数：再电离时期与21cm信号协同的Lyα与Hα强度映射

多条发射线的强度映射正成为天文学的一个新分支，用于探测电离源的性质及其间的介质，特别是星系际介质。对于再电离时期（EoR）研究，多谱线实验与分析方法仍处起步阶段。本文我们探索用于再电离高红移的Lyα（及Hα）强度映射的最优巡天参数，以及与21cm实验优化协同的要求。我们研究最优（高信噪比）任务输出所需的谱线灵敏度、光谱分辨率与探测器像素尺寸要求。推导了基准设定下的功率与交叉功率谱，并生成了模拟强度图。对于谱线功率谱测量，在再电离中点的每个红移bin内，累计信噪比可达O$\left(10^3 \right)$，而与SKA 21cm观测的相应交叉谱可达O$\left(10\right)$至O$\left(10^2\right)$。这些高信噪比层析测量在谱线灵敏度$>8\times 10^{-18}$erg$\,$s$^{-1}$sr$^{-1}$Hz$^{-1}$、光谱分辨率$R>250$及探测器像素尺寸$<2\,$arcsec的条件下即可实现；这三项要求均由拟议的Cosmic Dawn Intensity Mapper（CDIM）满足。对于CDIM，Hα也可达到类似S/N值。已规划的NASA任务SPHEREx将在EoR期间探测到Lyα自功率及与21cm的交叉功率，在中等21cm前景情形下灵敏度优于$10^{-18}$erg$\,$s$^{-1}$sr$^{-1}$Hz$^{-1}$（乐观情形下优于$10^{-17}$erg$\,$s$^{-1}$sr$^{-1}$Hz$^{-1}$）。我们主张开展类似CDIM的红外任务以推动强度映射的飞跃，并最后给出EoR期间成功多谱线强度映射的实操指南。