利用未来 CMB 观测研究原星系团质量与气体的前景

原星系团是大质量星系团的祖先。理解这些结构的性质对于建立星系团形成的完整图景以及理解环境对星系演化的影响十分重要。未来宇宙微波背景（CMB）巡天可能通过热 Sunyaev Zel'dovich（SZ）效应和引力透镜观测揭示原星系团的性质。利用来自 Three Hundred 项目的原星系团真实流体动力学模拟，我们预测了类 CMB 第四阶段（CMB-S4）实验通过这两种信号的观测探测和刻画原星系团的能力。对于 $z = 0$ 时 $M_{200c} \gtrsim 10^{15}\,M_{\odot}$ 星系团的祖先原星系团，我们发现 S4-Ultra 深巡天在 $z \sim 2$ 以 SNR > 5 探测这些结构主晕的概率约为 20%，在 $z \sim 2.5$ 探测概率约为 10%，这些概率包含了噪声、CMB 前景以及结构不同可能演化历史的影响。另一方面，如果原星系团可通过如 LSST 和 Euclid 等星系巡天的替代手段识别，CMB-S4 将能获得其堆叠透镜与 SZ 信号的高信噪比测量，从而提供测量其平均质量与气体含量的途径。对于 $z = 3$ 的 2700 个原星系团样本，CMB-S4 宽巡天可以信噪比 7.2 测量堆叠 SZ 信号，以信噪比 5.7 测量堆叠透镜信号。因此，未来 CMB 巡天为理解原星系团性质提供了令人振奋的前景。