原子与分子发射线强度映射巡天对高红移宇宙的探测

This project is proposed for probes of cosmic large scale structure at high redshifts and constraints on cosmological models. The intensity mapping of atomic and molecular lines is a powerful tool to probe the high-z Universe. In this project, we would perform theoretical studies to investigate the measurements of galaxy clustering of large scale structure (LSS), cosmic star formation rate (SFR), and constraints on dark matter and dark energy models at 1<z<6 with intensity mapping of several atomic and molecular lines, such as H_alpha, H_beta, [OII], [OIII], [CII] and CO lines. We would estimate power spectra of these lines at different redshifts using current observational data and simulations, and consider foreground contamination. We also explore the cross-correlations with neutral hydrogen 21-cm measurements. This study can fully investigate the potential of the intensity mapping for probing the high-z galaxies and dark matter and dark energy models. It is tightly associated with the ongoing and near-future intensity mapping projects, such as SPHEREx, CHIME, Tianlai and SKA, and will predicate the measurements of the intensity mapping projects, and can guide the instrument design of future experiments.

本项目是针对高红移宇宙大尺度结构的探测和宇宙学模型的限制而提出的。原子和分子发射线的强度映射巡天是探索高红移宇宙的强有力工具。在本项目中，我们将通过原子和分子发射线( 如H-alpha、H-beta、[OII]、[OIII]、[CII]和CO发射线)的强度映射巡天探讨红移1<z<6各时期关于星系成团性的宇宙大尺度结构演化、宇宙恒星形成率、特别是对暗物质和暗能量宇宙学模型的限制等问题。我们将根据现有观测和数值模拟结果估计不同红移处各发射线的大尺度结构功率谱，并考虑前景污染等效应，来探讨以上问题。另外，还将研究与相关的中性氢21cm巡天观测的交叉相关。本项目将全面探讨原子和分子发射线强度映射巡天对高红移星系和暗物质暗能量的探测能力，并且与国内和国际多个强度映射巡天项目密切相关（例如SPHEREx、CHIME、天籁计划、SKA等），将根据这些项目的能力做出预言，并可为今后项目的设计提供参考。

原子和分子发射线强度映射巡天是对高红移宇宙进行探测的有力手段，是研究暗物质粒子性质、暗能量性质和随时间演化、宇宙大尺度结构形成和演化、星系形成和演化等重要宇宙学和星系科学的工具。通过本项目的研究，对观测红移z=1~6的从光学到毫米波的几条重要发射线均做了探讨。研究了它们对于此红移范围内宇宙大尺度结构的探测能力，对暗能量、暗物质、中微子质量、宇宙原初非高斯性参数等宇宙学参数的限制，以及讨论了针对不同发射线的前景污染去除方法。这些研究涉及多个国内外已经实施以及未来计划的重要强度映射巡天观测项目，如SKA、SPHEREx、天籁等，对这些项目的研究起到了一定的参考和推动作用，受到了国内外的关注。同时，这些研究工作还可以应用到未来观测项目的设计上，对未来新项目的提出起到了一定的指导作用。