通过 CMB Doppler-21 cm 相关性揭示宇宙重联历史

我们表明，当宇宙的电离分数约为一半时，可通过关联 CMB 温度图与 21-cm 线图（在尺度为 l~100 的角度尺度）来确定重联时期(s)。在重联期间，自由电子的异常运动会导致 CMB 的 Doppler 各向异性，而中性氢的密度涨落会导致 21-cm 线的各向异性。在我们简化的非均匀重联模型中，随着宇宙重联而产生正相关，而在重联期间则产生负相关；因此，相关性的符号提供了无法通过现有方法获得的重联历史信息。该信号主要来自大尺度（k~0.01 Mpc^-1），其中线性扰动理论有效， patchy 重联的复杂性被平均消除。由于 Doppler 信号来自电离区域，21-cm 信号来自中性区域，相关性在电离分数约为一半时具有明确定义的峰值(s)。此外，21-cm 自相关相对于系统误差（尤其是前景辐射）更不敏感：这类似于 CMB 的温度-极化相关性对系统误差更不敏感于极化-极化相关性。因此，我们认为 Doppler-21cm 相关性提供了对 21-cm 各向异性的稳健测量，这还可作为检测 21-cm 数据中信号的诊断工具——相关性的检测提供了最强的确认信号是否具有宇宙学本质的证据。我们表明，Square Kilometer Array 可以轻松测量 1 年的调查观测所预测的相关性信号。