小尺度结构与莱曼-$\alpha$森林重子声波振荡特征

莱曼-$\alpha$森林中的重子声波振荡 (BAO) 特征是探测红移 z~2.5 处宇宙膨胀率的关键探针之一，此时暗能量被认为尚未在动力学上占据主导地位。BAO 作为标准尺的一个关键优势在于它是一个尖锐特征，因此比其他宇宙学探针更能抵抗宽带系统效应。然而，如果莱曼-$\alpha$森林的透射率对重子相对于暗物质的初始流动速度敏感，那么 BAO 峰的位置可能会发生偏移。在此，我们利用一套针对不同大小区域和物理假设的星际介质小区域流体动力学模拟套件来研究这种敏感性；每次模拟都从运动学退耦时期 (z~1059) 的初始条件开始，在再电离时期 (z~8) 经历从中性气体到电离气体热演化的离散变化，最终处理成莱曼-$\alpha$森林透射通量立方体。流动速度抑制了小尺度结构，导致再电离后的剧烈弛豫减少。由于电离相中温度演化的收敛性，低红移处气体分布和温度 - 密度关系的变化更为微妙。估计在 z=2.5 时 BAO 尺度的变化量级为 0.12%；文中讨论了一些主要的不确定性和未来改进的方向。预测的流动速度偏移对于即将到来的 DESI 莱曼-$\alpha$森林巡天将是一个次要但不可忽略的效应（量级为$0.26\sigma$），且超过了宇宙方差底限。希望这项研究能激发更多关于 BAO 偏移幅度的理论工作，既包括莱曼-$\alpha$森林，也包括其他大尺度结构示踪物。