21cm-星系交叉相关：21cm信号探测与再电离约束的真实预测

21cm-星系交叉相关将在确认宇宙学 21cm 信号中发挥关键作用。我们研究了哪些巡天配置能够探测到 21cm-LAE 交叉相关信号，并评估了其区分再电离情景的能力。我们的流程计算了 21cm-星系交叉功率谱的观测不确定性，考虑了关键巡天参数：视场(FoV)、星系巡天的极限光度 $L_alpha$、红移不确定性 $sigma_z$ 以及 21cm 前景楔假设。我们计算了两种情景下 21cm-Lyman-$alpha$ 发射体(LAE)交叉功率谱的信噪比(SNR)：一种是由暗弱星系驱动再电离的情景，另一种是由明亮星系驱动的情景。我们发现：(i) SNR 随 FoV 增大、$L_alpha$ 变暗和 $sigma_z$ 减小而增加，当 $sigma_z$ 较小时 FoV 的影响最强。(ii) 在中等前景楔下，类测光巡天产生的 SNR 不足，需要中等深度($L_alpha\gtrsim10^{42.5}$erg s$^{-1}$)、大视场(FoV>20deg$^2$)的无缝光谱巡天。(iii) 在乐观前景楔下，利用深度($L_alpha\gtrsim10^{42.3}$erg s$^{-1}$)、大视场(FoV$\gtrsim80$deg$^2$)的类测光巡天或较浅、小视场(FoV$\simeq2-3$deg$^2$)的无缝光谱巡天即可实现探测。(iv) 要在 z=7 处区分两种再电离情景，中等前景楔情景需要深-宽光谱巡天；在乐观前景楔下，较浅、中等视场(FoV$\simeq10$deg$^2$)的无缝光谱巡天即可满足要求。(v) 最大化探测和模型区分的 SNR 需要对交叉功率谱的大尺度峰值进行采样，该峰值随着再电离的进行以及较少的电离前沿跟随气体密度而向更大的物理尺度移动——这使得 z>7 的巡天尽管星系数密度较低，但仍更具前景。