Positionsabhängige Leistungsspektren des 21-cm-Signals aus der Epoche der Reionisierung

Das 21-cm-Signal aus der Epoche der Reionisierung ist nicht-Gaussisch. Aktuelle Radioteleskope konzentrieren sich darauf, das 21-cm-Leistungsspektrum zu erfassen, aber in Zukunft wird erwartet, dass das Square Kilometre Array eine erste Messung des Bispektrums bereitstellt. Frühere Studien haben gezeigt, dass das positionsabhängige Leistungsspektrum eine einfache und effiziente Möglichkeit ist, das Bispektrum im zusammengedrückten Limit zu untersuchen. In diesem Ansatz wird die Umfrage in Teilvolumina unterteilt und die Korrelation zwischen dem lokalen Leistungsspektrum und der entsprechenden mittleren Dichte des Teilvolumens berechnet. Diese Korrelation entspricht einem Integral des Bispektrums im zusammengedrückten Limit, ist jedoch viel einfacher umzusetzen als die üblichen Schätzer für das Bispektrum. Sie hat auch eine klare physikalische Interpretation: Sie beschreibt, wie das Leistungsspektrum im kleinen Maßstab von Tracern wie Galaxien und dem 21-cm-Signal auf eine großräumige Umgebung reagiert. Die Reionisierung koppelt natürlich große und kleine Skalen, da ionisierende Strahlung, die von galaktischen Quellen erzeugt wird, während dieses Prozesses bis zu Zehntausenden von Megaparsecs durch das intergalaktische Medium reisen kann. Hier wenden wir den Ansatz des positionsabhängigen Leistungsspektrums auf Fluktuationen im 21-cm-Hintergrund aus der Reionisierung an. Wir zeigen, dass diese Statistik eine charakteristische zeitliche Entwicklung aufweist, die mit einem einfachen analytischen Modell verstanden werden kann. Wir zeigen auch, dass die Statistik leicht zwischen einfachen "inside-out"- und "outside-in"-Modellen der Reionisierung unterscheiden kann. Das positionsabhängige Leistungsspektrum ist somit eine vielversprechende Methode, um das Reionisierungssignal zu validieren und höherordentliche Informationen über diesen Prozess zu extrahieren.