再电离时代之后利用中性氢追踪宇宙结构

我们提出了一项关于中性氢（HI）气体从再电离时代（EoR）结束到晚期大尺度结构转变的研究。我们考察了在 $3 < z < 7$ 范围内通过 SKA-Low 追踪红移 21 厘米谱线所呈现的转变特征。为此，我们使用半数值模拟 \textsc{21cmFAST} 对 EoR 期间的 HI 进行建模，并加入基于 HI-晕的晚期 HI 后处理模型。该方法给出了 HI 温度场振幅的稳健估计，并预测了转变期间可观测的功率谱。我们发现，模拟流水线再现了现有观测和理论预期的功率谱趋势，并复现了当前对 $\Omega_{\text{HI}}$ 的观测约束。我们的模拟预测在 $4 < z < 7$ 之间功率下降四个数量级。假设非均匀重组合模型，我们发现由于残留的中性岛掩盖了 $5 < z< 6.5$ 的晚期 HI 信号，功率谱出现平坦化。使用 SKA-Low 深度巡天参数，我们发现即使在利用视界极限来缓解前景的情况下，在 $3< z < 7$ 红移范围内尺度 $k \leq 1$ $h$ Mpc$^{-1}$ 处 HI 功率谱仍可被探测。结果表明，追踪 $z < 5$ 潜在晕的 HI 功率谱具有足够的信噪比（SNR），可用于晚期宇宙学研究。结果表明，所得的 $\Omega_{\rm HI}$ 约束可以追踪不同的再电离情景，例如逃逸分数的降低。本研究意味着，$3< z< 7$ 的 SKA-Low 深度观测将是约束再电离参数以及宇宙学模型的重要探针。