Die Auswirkungen der Mondoberfläche auf das 21-cm-Leistungsspektrum für Raster-Arrays: Einblicke für den Dark-ages EXplorer (DEX)

ZUSAMMENFASSUNG Die Dunkle Ära (DA) bietet ein entscheidendes Fenster in die Physik des frühen Universums, wobei das 21-cm-Signal die einzige direkte Erkundung für die dreidimensionale Verteilung der Materie in dieser Epoche bietet. Um dieses kosmologische Signal zu messen, wurde der Dark-ages EXplorer (DEX) als kompaktes, rasterbasiertes Radio-Array auf der Rückseite des Mondes vorgeschlagen. Das minimale Design besteht aus einem 32 x 32 Array von 3-m-Dipolantennen, die im Frequenzbereich von 7–50 MHz arbeiten. Eine praktische Herausforderung auf der Mondoberfläche besteht darin, dass die Antennen aufgrund von Einsatzungenauigkeiten und Nicht-Koplanarität, die durch lokale Oberflächenwellen entstehen, von ihren vorgesehenen Positionen abweichen können. Wir präsentieren erstmals eine End-to-End-Simulationspipeline, genannt SPADE-21 cm, die ein Himmelmodell mit einem DA 21-cm-Signalmodell integriert, das im Mondrahmen simuliert wurde und Mondtopographiedaten einbezieht. Wir untersuchen die Auswirkungen sowohl lateraler (xy) als auch vertikaler (z) Versätze auf die zweidimensionalen Leistungsspektren in den spektralen Fenstern bei 7–12 und 30–35 MHz, wobei Toleranzschwellen nur für letzteres abgeleitet werden. Unsere Ergebnisse zeigen, dass Positionsversätze das Leistungsspektrum um 10–30 Prozent relativ zu dem erwarteten 21-cm-Leistungsspektrum während der DA beeinflussen. Laterale Versätze innerhalb von ₗₘ/ 0, 027 (bei 32, 5 MHz) halten den Anteil der Fourier-Moden mit starker Kontamination (50 Prozent des Signals) auf weniger als 1 Prozent, während vertikale Höhenversätze einen größeren Anteil betreffen. Diese Schlussfolgerung gilt für das 21-cm-Fenster mit k_ 0, 5 h cMpc^-1 im Bereich von k_ = 0, 003 - 0, 009 h cMpc^-1.