Zur allgemeinen Natur der 21-cm-Lyman α-Emitter-Kreuzkorrelationen während der Reionisierung

ZUSAMMENFASSUNG Wir untersuchen, wie die Merkmale der Kreuzkorrelationsfunktionen zwischen der 21-cm-Emission aus dem Spin-Flip-Übergang von neutralem Wasserstoff (H I) und frühen Lyman α (Ly α) strahlenden Galaxien (Ly α-Emitter, LAEs) von der Reionisierungs-Historie und -Topologie sowie dem simulierten Volumen abhängen. Zu diesem Zweck entwickeln wir einen analytischen Ausdruck für die 21-cm-LAE-Kreuzkorrelationsfunktion und vergleichen ihn mit Ergebnissen aus verschiedenen Astreaus- und 21cmfast-Reionisierungssimulationen, die eine physikalisch plausible Reihe von Szenarien abdecken, bei denen entweder niedermassige (≲ 10⁹.⁵ M⊙) oder massive (≳ 10⁹.⁵ M⊙) Galaxien die Reionisierung antreiben. Unsere wichtigsten Erkenntnisse sind: (i) Die negative Kleinskalige (≲ 2 cMpc) Kreuzkorrelationsamplitude skaliert mit dem durchschnittlichen H I-Anteil (〈χH i〉) des intergalaktischen Mediums (IGM) und der spin-temperaturgewichteten Überdichte in neutralen Regionen (〈1 + δ〉H i); (ii) Der Wende-Punkt der Kreuzkorrelationsfunktion zeichnet den Gipfel der Größenverteilung der ionisierten Regionen um LAEs nach; (iii) Die Kreuzkorrelationsamplitude im Kleinskaligen ist empfindlich auf die Reionisierungstopologie, wobei ihre Antikorrelation oder Korrelation stärker abnimmt, je mehr die ionisierende Emissionsstärke der zugrunde liegenden Galaxienpopulation mit der gasförmigen Verteilung des kosmischen Netzes korreliert (d. h. je mehr niedermassige Galaxien die Reionisierung antreiben); (iv) Das erforderliche Simulationsvolumen, um die 21-cm-LAE-Antikorrellation amplituden korrekt zu berechnen, steigt, wenn die Größe der ionisierten Regionen und ihre Varianz zunehmen. Unser analytischer Ausdruck kann zwei Zwecke erfüllen: um zu testen, ob die Simulationsvolumen ausreichend groß sind, und um als Anpassungsfunktion zu dienen, wenn zukünftige 21-cm-Signal-Quad-Kilometer-Array- und LAE-Galaxienbeobachtungen gekreuzt korreliert werden.