预测多-$J$ CO谱线的强度映射信号

我们提出一种估算再电离时期（EoR）发出的任意 CO 转动线强度映射信号的新方法。我们的方法基于大速度梯度（LVG）建模，一种辐射转移建模技术，可针对指定的气体动力学温度、体密度、速度梯度、分子丰度和柱密度生成完整的 CO 谱线能分布（SLED）。这些驱动 CO 跃迁物理并最终决定 CO SLED 形状与振幅的参数，可与宿主星系的全局属性（主要是恒星形成率（SFR）和 SFR 面密度）相联系。通过进一步采用高红移星系经验导出的 SFR-M 关系，我们可将 LVG 参数因而任意 CO 转动跃迁的特异强度表示为宿主晕质量 M 和红移 z 的函数。对预期承载 CO 亮星系的晕质量范围积分，我们预言平均 CO(1-0) 亮度温度在 z=6 时约 0.6 μK 到 z=10 时约 0.03 μK，且在 k = 0.1 Mpc$^{-1}$ 处亮度温度涨落 $\Delta_{CO}^2$ 分别约 0.1 和 0.005 μK。在此模型中，CO 发射信号在 z=6 对更高转动能级保持强劲，对于 CO J = 6->5 和 CO J = 10->9 跃迁，<T$_{CO}$> 分别约 0.3 和 0.05 μK。包含这些分子云中 CO 光解效应（尤其在低金属度下）导致 CO 信号振幅整体降低，在低 J 与高 J 谱线分别减弱 2-20% 和 10-45%，红移范围 4 < z < 10。