高红移下射电、光学与微波观测之间的协同效应

我们研究了未来十年测量 $2<z<5$ 大尺度结构的三种有前景方法之间的协同效应。光学光谱巡天最为成熟，但在 $z>2$ 时变得愈发困难，且即便对光谱巡天也存在混入源问题。21-cm 信号的强度映射能以极高保真度覆盖大体积，但既受限于前景清洗造成的信息丢失，也受限于对平均信号认知的缺乏。宇宙微波背景（CMB）透镜在理论上非常干净，但最终只测量密度的投影变化。我们发现光学与射电的交叉相关可显著改进对增长率的测量。将这些与 CMB 结合，为探测高红移下的修正引力提供了一条有前景的途径，特别是通过独立探测 Weyl 势与牛顿势以及加强对系统误差的控制。我们发现，将一项 Stage {\sc ii} 21-cm 巡天与 DESI 类星体在合理的亮温度先验下交叉相关，可在 $z = 3, 4$ 处以低于 3% 和低于 8% 的水平测量增长率 $f\sigma_8$，相比仅由 DESI 类星体可获得的约束分别提升 4 倍和 8 倍。类似地，将 21-cm 数据与一项覆盖 1000 平方度、至 $m_{UV}<24.5$ 的未来 LBG 巡天交叉相关，将使 $z = 3$ 时 $f\sigma_8$ 测量精度接近 1%、$z = 4$ 时达 3%，并将 $z = 5$ 时的同类约束提升近 3 倍至低于 10% 精度。将上述与来自 Stage 4 CMB 巡天的 CMB 透镜及 LSST 数据结合，还可将这些红移处的引力滑移 $\gamma$ 参数约束至相近精度，使我们能在的大尺度上检验广义相对论的预言。