[论文解读] The hyperfine transition of 3 He II as a probe of the intergalactic medium

J. S. Bagla, Abraham Loeb|arXiv (Cornell University)|May 12, 2009

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 8被引用 6

一句话总结

本文提出利用 3He II 的超精细跃迁作为宇宙再电离期间及之后电离介质的探测手段。电离区域的发射信号被预测与 21 cm 图像呈反相关，而低红移的 Ly-α 斑块可能通过未来的观测设备产生可探测的射电信号。

ABSTRACT

We explore the prospects of using the hyperfine transition of 3 He II as a probe of the intergalactic medium. The emission signal from ionized regions during reionization is expected to be anti-correlated with 21 cm maps. The predicted emission signal from Ly-� blobs at lower redshifts is detectable with future radio observatories.

研究动机与目标

• 研究 3He II 超精细跃迁作为宇宙再电离期间电离介质（IGM）探测手段的潜力。
• 考察电离区域中 3He II 发射与 21 cm 信号之间的反相关性。
• 评估未来射电望远镜探测低红移 Ly-α 斑块中 3He II 发射的可探测性。
• 评估利用 3He II 作为补充探测手段与 21 cm 观测结合，研究电离介质结构的可行性。

提出的方法

• 建模宇宙再电离时期电离区域中 3He II 的超精细跃迁。
• 分析电离区域中 3He II 发射与 21 cm 辐亮度温度涨落之间的反相关性。
• 估算低红移 Ly-α 斑块的预期发射信号。
• 利用新一代射电望远镜的灵敏度预测，评估该信号的可探测性。
• 使用辐射转移与电离结构模型，模拟弥散 IGM 中的 3He II 发射。

实验结果

研究问题

• RQ1 在再电离期间，电离区域中 3He II 超精细跃迁信号与 21 cm 信号之间如何相关？
• RQ2 低红移下 Ly-α 斑块的 3He II 发射在幅度和空间分布上预期如何？
• RQ3 未来的射电望远镜能否探测到 IGM 中 3He II 超精细跃迁信号？
• RQ4 3He II 发射在哪些方面可作为补充手段，与 21 cm 观测共同探测电离介质的结构？

主要发现

• 电离区域中 3He II 超精细跃迁发射被预测与 21 cm 辐亮度温度涨落呈反相关。
• 低红移 Ly-α 斑块的发射预计可通过未来的射电望远镜探测到。
• 3He II 跃迁为研究电离介质的结构提供了与 21 cm 观测互补的探测手段。
• Ly-α 斑块的信号强度足够强，可被下一代射电仪器观测到。