【摘 要】
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现代宇宙学模型中宇宙开始于大爆炸,之后经历了快速暴涨阶段。大约38万年后重子物质和光子退耦,产生微波背景辐射（CMB）,随后进入黑暗时代。第一代发光天体和星系的形成,标志着黑暗时代的结束。宇宙再电离发生在第一代恒星和星系形成之后,大约在宇宙10亿年时结束。宇宙的初始密度扰动使得星系能够形成,了解高红移星系的恒星形成和演化对研究宇宙再电离时代具有关键性的作用。本论文重点研究了宇宙再电离时代的超亮类星
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现代宇宙学模型中宇宙开始于大爆炸,之后经历了快速暴涨阶段。大约38万年后重子物质和光子退耦,产生微波背景辐射（CMB）,随后进入黑暗时代。第一代发光天体和星系的形成,标志着黑暗时代的结束。宇宙再电离发生在第一代恒星和星系形成之后,大约在宇宙10亿年时结束。宇宙的初始密度扰动使得星系能够形成,了解高红移星系的恒星形成和演化对研究宇宙再电离时代具有关键性的作用。本论文重点研究了宇宙再电离时代的超亮类星体（QSO）,QSO光谱的冈恩-彼得森槽的观测证明了宇宙再电离大约在z6～时结束,因此高红移QSO是研究宇宙再电离的重要探针。高红移QSO辐射光子如紫外（UV）光子和X射线光子逐渐电离和加热其周围的星系际介质（IGM）,使得在QSO周围形成很大的电离区（HII区）,而在HII区外IGM中存在大量的中性氢,因此对宇宙再电离时期的探测最有前景的途径是观测中性氢的21厘米辐射。本论文以ULAS J1120+0641作为参考源,利用理论模拟和高精度数值模拟对其HII区周围的21厘米信号进行研究。首先依据高精度流体动力学和辐射转移数值模拟的结果对理论模型进行了修正,并预测了500米口径球面射电望远镜（FAST）观测高红移QSO的HII区周围的21厘米辐射的信号特征和信噪比。结论如下:（1）红移z=10且QSO光度较低时,21厘米频率谱上仅表现出一个凹陷,但在z=8且光度与参考源光度一致时,在FAST视场下的21厘米频率谱上有完整的HII区;（2）光子有限旅行时间效应（FLTT）能明显改变高红移QSO周围的21厘米频率谱特征;（3）FAST能以较高的信噪比观测高红移QSO周围的21厘米辐射信号,预测的信噪比最高为12～,因此能较好地识别HII区和FLTT效应。
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