再电离时期 kSZ$^2$-星系交叉相关的探测前景

我们探索了一种提取再电离时期对动力学 Sunyaev-Zel'dovich (kSZ) 效应贡献的新方法。我们的方法利用了宇宙微波背景 (CMB) 的滤波并平方图与再电离时期 (EoR) 测光星系巡天之间的交叉功率谱。这一 kSZ$^2$-星系交叉功率谱统计量已在较低红移 ($z \lesssim 1.5$) 处成功探测到。在此我们将该方法扩展到 $z \gtrsim 6$,作为一种提取斑块状再电离特征的潜在手段。我们使用再电离过程的半数值模拟,在多个测光红移区间内对预期信号进行建模。原则上,该交叉相关统计量能稳健地提取再电离时期对 kSZ 信号的贡献,而其红移演化则提供了关于再电离时机的宝贵信息。具体而言,模型交叉相关信号在 $\ell \sim 1,000$ 附近于 EoR 早期(当时宇宙约 20% 体积被电离)达到峰值。可探测的 $\ell$ 模主要反映了相关双谱的挤压三角形构型,量化了大尺度星系过密度场与小尺度 kSZ 功率之间的关联。我们基于罗曼空间望远镜未来的宽场 Lyman-break 星系样本以及包括 Simons Observatory、CMB-S4 和 CMB-HD 在内的下一代 CMB 巡天,预测了该信号的探测前景。我们发现,在对所有 $\ell$ 模求和后,CMB-HD 与罗曼望远镜有可能实现约 13$\sigma$ 的探测。我们讨论了改进该方法及相关统计量的可能性,旨在超越简单探测,测量交叉相关信号的尺度与红移依赖性。