具有可控再电离历史与形态的不均匀动力学 Sunyaev-Zel'dovich 效应

利用新颖的再电离半数值代码 AMBER，我们通过直接指定再电离历史的红移中点 $z_\mathrm{mid}$、持续时间 $\Delta_\mathrm{z}$ 和非对称性 $A_\mathrm{z}$ 来模拟不均匀动力学 Sunyaev-Zel'dovich（kSZ）效应。我们进一步通过最小晕质量 $M_\mathrm{h}$ 和辐射平均自由程 $\lambda_\mathrm{mfp}$ 控制电离源与辐射。AMBER 在目标分辨率（$1\,{\rm Mpc}/h$）下，以匹配的再电离参数重现了辐射流体动力学模拟的自由电子数密度和不均匀 kSZ 功率谱。利用一套 $(2\,{\rm Gpc}/h)^3$ 的 AMBER 模拟，我们首先使用 Planck2018 汤姆逊光学深度结果（95% CL）约束红移中点 $6.0<z_{\rm mid}<8.9$。接着，假设 $z_{\rm mid}=8$，我们发现 $D^{\rm pkSZ}_{\ell=3000}$ 的振幅随再电离持续时间 $\Delta_z$ 线性变化，并且在 $\Delta_z<5.1$（$\Delta_z$ 涵盖 $5\%$ 到 $95\%$ 电离）之前与南极望远镜（SPT）结果的 $1\sigma$ 上限一致。此外，较短的 $\lambda_{\rm mfp}$ 可使 $D^{\rm pkSZ}_{\ell=3000}$ 降低约 $10\%$ 并使 $\Delta_z-D^{\rm pkSZ}_{\ell=3000}$ 标度关系斜率变平，从而影响在 $\ell=3000$ 处对 $\Delta_z$ 的约束。允许 $z_{\rm mid}$ 和 $\lambda_{\rm mfp}$ 同时变化，我们得到与 SPT 结果一致（95% CL）的谱直至 $\Delta_z=12.8$（但需要 $A_z>8$ 以确保再电离在 $z=5.5$ 前结束）。我们表明，对非对称性的约束需要在除 $\ell=3000$ 外的多极矩处达到 $\sim 0.1\,\mu k^2$ 的测量精度。最后，我们发现，在固定再电离历史和辐射平均自由程下，kSZ 谱的振幅和形状对 $M_h$ 仅弱敏感。