利用运动学 Sunyaev-Zeldovich 效应重建宇宙空洞的径向速度轮廓

我们开发了一种估计量，通过其周围星系对的运动学 Sunyaev-Zeldovich 效应提取宇宙空洞的平均径向速度轮廓。该估计量使用来自同一模拟的纯 kSZ 模拟图和空洞目录数据进行测试。结果表明，恢复的信号可能被图的低角分辨率或较大的孔径测光滤波器半径所衰减，但使用我们的估计量可完全恢复平均径向速度轮廓。通过将估计量应用于 Planck 2D-ILC CMB 图，以及来自 BOSS DR12 的星系和空洞目录，我们发现对于具有连续上升且渐近至平均密度的密度轮廓的空洞，估计的空洞速度轮廓与零探测相差 $3.31\sigma$；对于具有正密度对比壳层包围的空洞相差 $1.75\sigma$。通过将重建数据拟合到理论轮廓，我们发现两类空洞的约化 $\chi^{2}$ 分别为 $1.19$ 和 $0.62$，表明模型与数据拟合良好。我们随后利用未来 CMB 巡天（包括 SPT-3G、AdvACT 和 Simons Observatory）预报宇宙空洞径向速度轮廓的可探测性。我们发现，在巡天面积超过 $2,000~{\rm deg}^2$ 时，来自 CMB 残差的污染效应可忽略不计，尤其在孔径测光尺寸小于 $1\,{\rm arcmin}$ 时。但来自仪器噪声的效应不可忽略。对于未来的 SPT-3G、AdvACT 和 Simons Observatory，探测有可能在 $3\sigma$ 到 $10\sigma$ 置信水平之间实现，具体取决于仪器参数。这为利用运动学 Sunyaev-Zeldovich 效应探测宇宙结构动力学打开了一扇新窗口。