基于混合有效场论方法预测21 cm场

21 cm信号的检测可以为阐明复兴era星际现象提供独特的窗口，并对高红移处的宇宙学施加约束，这些通常对大尺度结构调查难以捕捉。在本工作中，我们提供了一个基于二次偏导展开的理论模型，能够以足以满足即将到来的地面基准射电干涉仪实验的高精度恢复21 cm功率谱。具体而言，我们开发了一个在红移空间中的混合有效场论(HEFT)模型，利用 $N$-body模拟的精度与分析偏导展开模型的预测能力，并对其进行与Thesan套件的辐射传递水动力学模拟进行测试。我们对$z = 6.5$到11之间的几个不同红移处的21 cm亮度温度场进行预测，从而探测宇宙在$x_{\rm HI} = 0.3 \sim 0.9$范围内的广大部分复兴历史，并就相关系数、功率谱和建模误差方面将模型与“真实”21 cm亮度进行比较。我们发现，在大尺度和中间尺度、$k \lesssim 0.5 h/{\rm Mpc}$ 处达到百分之级一致性，并在小尺度、$k \sim 1 h/{\rm Mpc}$ 处表现出良好行为，净于纯扰动理论模型。为了将我们的发现置于上下文，我们指出，即使在没有任何前景污染的情况下，未来类似HERA的实验的热噪声也与我们模型中的理论不确定性相当，允许的“楔形”观测范围内，这进一步支持了使用HEFT模型来近似一系列宇宙学可观测量。