全球21厘米实验中天线功率方向图不确定性的影响

实验性21厘米宇宙学旨在利用21厘米氢线跃迁探测宇宙黎明时期首批恒星的形成及随后的再电离时代。尽管若干实验已发布开始约束该信号形状的结果，但确切探测尚未实现。本文中，我们研究不确定的天线—天空相互作用对探测该信号可能性的影响。本文旨在界定：为使全球21厘米信号得以可靠探测，模拟天线波束方向图需与实际观测波束方向图达成的一致精度水平。通过利用奇异值分解，我们构建了一组包含微小且具物理动机偏差的天线功率方向图。取原始波束与扰动波束在频率上平均的绝对平均差（$\Delta D$）来量化该差异，并识别$\Delta D$与天线温度间的相关性。为分析$\Delta D$对可靠探测的影响，我们利用REACH贝叶斯分析流程，比较不同$\Delta D$值天线波束的贝叶斯证据$\log \mathcal{Z}$与均方根误差。我们的计算表明，要实现全球21厘米信号的可靠探测，原始与扰动天线功率方向图的$\Delta D$需优于-35 dB。此外，我们讨论了在全球21厘米实验中达到所需高精度水平的潜在方法。