宇宙再电离的非高斯性与X射线辐射源模型的相关性研究

The observations of 21 cm picture of cosmic reionization are very important to study the cosmology and the astrophysics in the early time of Universe, while the uncertain non-gaussianity of reionization could significantly reduce the S/N ratio of 21 cm auto-spectrum measurements. Meanwhile, it would also present some high-order statistical features e.g. 21 cm bispectrum. In this project, we would use high resolution cosmological hydrodynamical simulations and radiative transfer simulations to study (1) the correlation of the bispectrum of 21 cm picture of cosmic reionization and the different X-ray source models, and its evolution with redshfit decreasing; (2) the effects of peculiar velocity of baryon matter on the 21 cm bispectrum; (3) the effects of foreground removing techniques on the measurements of 21 cm bispectrum; (4) forecast the probability of 21 cm bispectrum measurements of 21 cm projects e.g. SKA to limit the X-ray source models during EoR.

宇宙再电离的21厘米图像的观测对研究宇宙学以及宇宙早期的天体物理过程有着十分重要的作用，而再电离过程中不确定的非高斯性会明显降低21厘米图像自相关功率谱观测的信噪比，同时也会产生一些高阶统计特性如21厘米双谱（Bispectrum）。在本项目中，我们将利用高精度宇宙学流体动力学和辐射转移数值模拟的结果研究（1）宇宙再电离的21厘米图像的双谱与不同X射线辐射源模型的关系及其随红移的演化；（2）重子物质的本动速度对21厘米双谱的影响；（3）前景去噪技术对21厘米双谱观测的影响；（4）预测21厘米巡天项目如SKA等的21厘米双谱的观测对X射线源模型的限制能力。

宇宙再电离时代的21厘米信号观测对研究宇宙学以及宇宙早期的天体物理过程有十分重要的作用，而高强度的X射线辐射会显著改变宇宙中中性氢的电离和自旋温度，并进一步影响21 厘米信号的非高斯性。本项目利用高精度宇宙学流体动力学和辐射转移数值模拟的结果研究了宇宙再电离时代的21厘米双谱与不同X射线辐射源模型的关系及其随红移的演化，并预测了平方公里阵列望远镜SKA1-low观测21厘米双谱的信噪比以及对X射线源模型的限制能力。此外在该项目的支持下研究了宇宙早期形成的双星系统在宇宙再电离时代和21厘米信号中的作用；单个高红移超亮类星体对中性气体的电离和加热效应，以及对周围中性氢的21厘米信号特征的影响；宇宙再电离时代的3He+谱线的演化特征，并预测了SKA1-mid望远镜的观测信噪比；利用宇宙微波背景辐射的观测限制了宇宙原初功率谱的截断问题等。