使用 SKA HI 21-cm 观测探测再电离与宇宙黎明期间的单独源

通过 HI 21-cm 信号中的特征探测再电离时期和宇宙黎明期间的单独明亮源，是探测该时期的直接方法之一。在此，我们总结了之前在这方面的研究，并展示了使用 SKA1-low 实验探测此类源的前景的初步结果。我们首先讨论了在再电离和宇宙黎明的不同阶段，明亮源周围预期的 HI 21-cm 信号。然后，我们介绍了两种基于可见度的估计器来探测此类信号：一种基于匹配滤波技术，另一种则依赖于简单地组合来自不同基线和频率通道的可见度信号。我们发现，如果红移 $z \sim 8$ 时外侧中性氢平均丰度 $x_{\rm HI} \gtrsim 0.5$，则 SKA1-low 应该能够通过约 100 小时的观测探测到半径 $R_b \gtrsim 10$ Mpc 的电离气泡。我们还研究了探测已知明亮 QSO（例如 Mortlock 等人 2011 年发现的 ULASJ1120+0641）周围 HII 区域的可能性。我们发现，如果 QSO 年龄和外侧 $x_{\rm HI}$ 分别至少约为 $2 \times 10^7$ Myr 和 0.2，则通过 600 小时的 SKA1-low 观测可以实现 $5 \sigma$ 的探测。最后，我们研究了探测宇宙黎明期间最早的 X 射线和 Ly-$\alpha$ 源的可能性。我们考虑了在 X 射线频段发射的 mini-QSO 类源。我们发现，通过总计约 1000 小时的观测，SKA1-low 应该能够在红移 $z=15$ 处以约 $9 \sigma$ 的显著性单独探测到这些源。我们总结了信噪比如何随与源属性相关的各种参数而变化。