宇宙学色散测量的统计建模

我们利用最先进的水动力模拟 IllustrisTNG300，针对快速射电暴（FRB）宇宙学，研究了宇宙学色散测量（DM）的基本统计量——如均值、方差、概率分布、角功率谱和相关函数。为建模 DM 统计量，我们首先测量了自由电子丰度及其空间涨落的功率谱。自由电子功率谱在大尺度上与暗物质功率谱一致，但在小尺度（$\lesssim 1$Mpc）因恒星与活动星系核反馈而强烈衰减。自由电子功率谱可用一个尺度依赖的偏置因子（其涨落振幅与暗物质涨落振幅之比）很好地建模。我们给出了自由电子丰度及其偏置因子的解析拟合函数。接着，我们利用 TNG300 数据通过标准光线追踪模拟构建了 DM 的模拟天图。DM 统计量由自由电子分布的拟合函数解析算出，与从模拟天图测得的模拟结果吻合良好。我们还得到了给定 DM 下源红移的概率分布，这有助于从测得的 DM 中识别 FRB 的宿主星系。DM 的角两点相关函数由简单幂律 $\xi(\theta) \approx 2400 (\theta/{\rm deg})^{-1} \, {\rm pc}^2 \, {\rm cm}^{-6}$ 描述，我们预计当数千个 FRB 可用时，这将被未来观测所证实。