利用宇宙中性氢称量中微子

我们通过运行包含有质量中微子作为额外无碰撞粒子的流体动力学模拟，研究了有质量中微子在再电离后时代中性氢（HI）空间分布上留下的印记。我们发现，在有质量/无质量中微子宇宙学模型中，暗晕容纳的中性氢数量相近，尽管对于固定暗晕质量，平均而言，HI质量随中微子质量之和的增加而增加。我们的结果表明，在有质量中微子的宇宙学模型中，HI的成团性更强，而其丰度 $\Omega_{\rm HI}(z)$ 则更低。这些效应主要源于有质量中微子对宇宙学的影响：它们既抑制了小尺度上物质功率谱的振幅，也抑制了暗物质晕的丰度。利用 $z > 3$ 处的流体动力学模拟和 $z<3$ 处的简单解析模型对HI分布进行建模，我们采用Fisher矩阵形式，保守地预测了平方公里阵列（SKA）第一阶段将对中微子质量之和 $M_\nu\equiv \Sigma m_{\nu}$ 施加的约束。我们发现，利用SKA1-LOW在 $3 \lesssim z \lesssim 6$ 处进行10,000小时的深度窄带干涉观测，可以以 $\sigma(M_\nu)\lesssim0.3$ eV（95%置信水平）的误差测量中微子质量之和。利用SKA1-MID在 $z \lesssim 3$ 处使用单天线模式进行的宽而深的巡天，可以获得类似的约束。通过结合来自MID、LOW和Planck的数据，以及来自第四阶段光谱星系巡天的宇宙学参数先验信息，中微子质量之和可以以 $\sigma(M_\nu)\simeq0.06$ eV（95%置信水平）的误差确定。