利用 21-cm 强度映射在大尺度探测 HI 在小尺度上的分布

中性氢（HI）21-cm 强度映射（Intensity Mapping，IM）有望在较宽的红移范围（$z \lesssim 5.5$）中绘制宇宙的大尺度结构、测量宇宙学参数，并阐明暗能量的本质。此外，该信号也敏感于 HI 在暗物质暗环中的分布，这通过将 HI 质量与暗环质量相关联的 HIHM 关系来量化。本文我们研究在大尺度上测量 21-cm 功率谱（PS）和二阶谱（BS）是否可以用于估计 HIHM 关系，该关系量化了 HI 在小尺度上的分布。作为概念验证，我们考虑在 $z=1$ 的模拟 21-cm IM 信号。我们发现，在大尺度（$k \leq k_{ul} = 0.32 \, {\rm Mpc}^{-1}$）处测量的 21-cm PS 和 BS 能够良好地使用扰动理论来建模，仅包含两个自由参数，即 $[\Omega_{\rm HI} b_1]$ 和 $\gamma = b_2/b_1$。结合测量的 21-cm PS 和 BS 以及独立的 $\Omega_{\rm HI}$ 测量，我们显示有可能估计量化 HIHM 关系的三个参数。我们预计对 HIHM 关系的观测估计将为星系形成和介质间介质（ISM）的演化提供启发。我们的初步分析忽略了红移空间失真和 IM 观测中的系统噪声，这些都将在未来的工作中加以考虑。