后再电离时代 21cm 强度映射图与 Lyman-alpha 森林的互相关

我们利用最先进的流体动力学模拟，研究了在完全非线性区域下 21cm 强度映射图与 Lyman-alpha 森林之间的互相关信号。这些场之间的互相关信号可以提供一幅关于我们宇宙在后再电离时代中性氢 (HI) 含量的一致且全面的图像，同时探测其质量含量和体积分布。我们计算了这两个场在 z = 2.4 处的自功率谱以及它们的互功率谱，发现在大尺度上场是完全反相关的。这种反相关性的出现是因为具有高（低）21cm 发射的区域，例如那些具有大（低）阻尼 Lyman-alpha 系统浓度的区域，将表现为具有低（高）透射通量的区域。我们发现，在小于 k = 0.2 h/Mpc 的尺度上，互相关函数偏离 -1，正是在这个尺度上非线性开始显现。我们利用红移空间中功率谱的各向异性来确定两个场的偏置参数和红移空间畸变参数的值；我们发现，在一项保守分析中，当加入来自互功率谱的数据时，这些参数值的误差可以减少 30%。我们的结果指出，线性理论能够在相当非线性的尺度上再现互功率谱的形状和幅度。最后，我们发现，通过将来自类 BOSS 巡天的数据与 SKA1-MID 的 21cm 强度映射观测相结合，可以在 0.06< k <1 h/Mpc 范围内以高于 3 的信噪比探测到 21cm-Lya 互功率谱。我们强调，虽然 21cm 自功率谱的形状和幅度可能受到残余前景污染的严重影响，但互功率谱对此较不敏感，因此可用于识别 21cm 图中的系统误差。