利用 SKAO 的 21 cm 强度映射称重中微子

我们探讨了未来21 cm 强度映射 (IM) 观测在SKAO处的约束能力，主要关注中微子质量之和，$\Sigma m_\nu$。我们预测21 cm IM 自相关功谱以及21 cm IM 和星系测绘的交叉功谱的观测。我们构造了不同的21 cm IM 可观测量的合成数据集。对于星系聚类，我们考虑两个阶段IV级联调查，以模仿DESI式和Euclid式的交叉信号。我们研究了在合成数据集中采用三个不同的fiducial中微子质量之和值（即$\Sigma m_\nu = 0.06, 0.1, 0.4$ eV）所产生的影响。为调查预测21 cm 观测的约束能力，我们构建了一个似然代码。我们发现，仅凭21 cm 自相关功谱即可在最低fiducial值情况下，以95%置信水平，给出中微子质量之和$\Sigma m_\nu < 0.287$ eV的上限。该结果相当于仅凭CMB观测给出的上限。当将21 cm 自相关功谱合成数据集与Planck 2018 CMB测量数据合并时，我们发现$\Sigma m_nu < 0.105$ eV的更紧限制，超越了Planck单独给出的限制。我们获得类似的结果，基于21 cm 和星系聚类交叉功谱，其检测较易实现，因为受系统误差影响较小。结合Planck 2018数据，我们发现分别对于21 cm信号与DESI式和Euclid式联合观测，给出$\Sigma m_\nu < 0.116$ eV和$\Sigma m_\nu < 0.117$ eV的上限。这些约束相当于将Planck数据与21 cm 自相关功谱合成数据集联合给出的限制，从而支持21 cm 交叉检测的方案。