再电离引起的运动学 Sunyaev-Zel'dovich 效应：角分分辨率的模拟全天空图

运动学 Sunyaev-Zel'dovich (kSZ) 效应源于再电离星系际介质中相干流动的 Thomson 散射。我们基于射线追踪一个 10 Gpc 尺度、2-3 Mpc 尺度分辨率的模拟来创建全天空 kSZ 图，给出了新结果。该模拟自洽地包含了再电离在对应多极矩 $10\lesssim\ell\lesssim{5000}$ 尺度上的效应。我们将 kSZ 图分解为多普勒 ($\mathbf{v}$)、Ostriker-Vishniac ($\delta\mathbf{v}$)、斑块状 ($x\mathbf{v}$) 和三级 ($x\delta\mathbf{v}$) 分量，并显式计算了对总功率有贡献的所有自相关与互相关（例如 $\langle\mathbf{v}\mathbf{v}\rangle$、$\langle\delta\mathbf{v}{x}\mathbf{v}\rangle$ 等）。我们发现其在 $\ell\sim{300}$ 处对再电离时长有复杂依赖，并且有证据表明来自连通四点电离-速度相关 $\langle{x}\mathbf{v}x\mathbf{v}\rangle_c$ 的贡献不可忽略（10-30%），而该贡献通常在解析模型中被忽略。我们还研究了多普勒-大尺度结构 (LSS) 相关，聚焦于两种不同的探针：(1) 与 LSS 的线性偏置示踪物的交叉功率谱，以及 (2) 来自物质分布峰值处 $z>10$ 红移上大尺度罕见 \ion{H}{2} 区域中心坍缩的冷斑。最后，通过关联 21-cm 图与现有 CMB 温度图（$\ell\!<\!500$），可以以 5-10$\sigma$ 显著性重建再电离历史——复杂的速度重建方法能够利用组合的 CMB 与 LSS 测量深入再电离时期探测 IGM 中电子的分布。所得 kSZ 图已公开于 http://www.cita.utoronto.ca/~malvarez/research/ksz-data。