利用多频 CMB 观测对重化时代的断层扫描

我们研究未来多频 Cosmic Microwave Background (CMB) 实验将对 Inter Galactic Medium 在重化时代金属富集历史所能设置的约束。我们预测探测由金属在暗时代末通过共挨散射引入 CMB 中的信号的信噪比。我们考虑了与像能直方图拟合相关的系统误差、PSF 重建误差以及不准确的前景消除。我们开发了一个算法,用于最佳提取金属在重化期间产生的信号,并准确消除热 Sunyaev-Zel'dovich 效应的污染。虽然需要对前景进行细致表征并控制系统误差,但这与 HI-21cm 研究和 CMB 极化所遇到的系统完全不同,这一事实鼓励将金属共挨散射作为进行重化时代断层扫描的另一种方法。在乐观假设系统效应,并关注天空中干净区域的 ACT 类实验,可在红移范围 $z\in$ [12,22] 内,对于重化红移 $z_{\rm re}>10$,探测其太阳值相对于 OIII 丰度变化的 3%-12% (95% 置信区间)。然而,对于 $z_{\rm re} <10$,它只能对 NII 丰度在红移范围 $z\in$ [5.5,9] 内增加约 $\sim$ 60% 太阳值设定上限 (95% 置信区间)。这些约束假设像能直方图拟合准确到每 10^4 分之一,这构成了该方法最关键的技术要求,但仍可通过当前技术实现。