宇宙黎明21厘米信号的多频角功率谱研究

光锥（LC）各向异性源于宇宙黎明21厘米信号在观测体视线（LoS）轴方向上的宇宙演化。LC效应使得信号沿LoS轴在统计上非各态历经。多频角功率谱（MAPS）为流行的3D功率谱提供了一种无偏的替代方案，因为它不假设信号体各方向上统计各态历经。与将21厘米信号沿LoS $k$ 模式的宇宙演化混合在一起的3D功率谱不同，MAPS使演化信息保持解耦。本文首先利用多种不同情景与模型的模拟，研究宇宙黎明期间不同潜在物理过程对21厘米MAPS行为的影响。我们还针对HERA、NenuFAR和SKA-Low的模拟观测，仅考虑系统噪声与宇宙方差，对21厘米MAPS测量进行误差预测。我们发现，$100~{\rm h}$ 的HERA观测将能以 $\geq 3\sigma$ 测量 $\ell \lesssim 1000$ 处的21厘米MAPS，通道带宽为 $0.1\,{\rm MHz}$。SKA-Low更好的灵敏度使其能达到直至 $\ell \lesssim 3000$ 的该灵敏度。注意，由于各实验频率覆盖不同，为NenuFAR考虑的CD-EoR模型不同于用于HERA和SKA-Low预测的模型。考虑采用新模型的NenuFAR，在通道带宽 $0.2\,{\rm MHz}$ 且观测时间延长十倍至 $t_{\rm obs} = 1000~{\rm h}$ 时，仅在 $\ell \lesssim 600$ 处可能实现 $\geq 2\sigma$ 测量。然而，在 $300 \lesssim \ell \lesssim 600$ 范围且 $t_{\rm obs}=1000~{\rm h}$ 时，将 $5 ~{\rm MHz}$ 频带内连续频率通道合并后，NenuFAR仍可能实现超过 $3\sigma$ 的测量。