Sensitivity forecasts for the cosmological recombination radiation in the presence of foregrounds
宇宙复合辐射（CRR）是宇宙微波背景（CMB）不可避免的$Λ$ CDM谱畸变之一。虽然它显示了跨dm-mm波长的丰富光谱结构，但它也是目标最小的信号之一。在这里，我们进行了详细的预测，预期的灵敏度水平，不仅需要检测，而且还提取宇宙学信息的CRR中存在的前景。我们使用${\tt CosmoSpec}$来计算CRR，包括所有重要的辐射转移效应和对复合动力学的修改。我们确认，整体CRR信号的检测是可能的光谱仪的概念，如${\it SuperPIXIE}$。然而，为了真正利用宇宙学信息，需要$\simeq 50$倍更灵敏的光谱仪。虽然非常未来，这可以提供对原始氦丰度$Y_p$的独立约束，并探测BBN和复合过程中额外相对论自由度的存在。当考虑将CMB光谱仪与现有CMB数据相结合时，显著改善对其他宇宙学参数的约束需要更高的灵敏度（$\simeq 5$的另一个因素）。在很大程度上，这是由于天体物理前景，有趣的是，它并没有降低对$Y_p$和$N_{\rm eff}$的约束。因此，未来的CMB光谱仪可以开辟一种探测非标准BBN场景，暗辐射和无菌中微子的新方法。此外，使用CRR结合现有的和即将到来的CMB各向异性数据，可以间接探测暴胀物理学。
2020-06-08 astro-ph.CO
Simulated forecasts for primordial B-mode searches in ground-based experiments
检测暴胀引力波对宇宙微波背景（CMB）的$B$模式极化的印记是当前和下一代CMB实验的主要科学案例之一。在这项工作中，我们将探讨一些地面设施将不得不面对的挑战，以便在银河前景和相关的大气噪声的存在下进行这种测量。我们目前的预测阶段3（S3）和计划阶段4（S4）的实验的基础上，使用基于地图的贝叶斯前景清洗方法的模拟天空地图的分析。因此，我们的研究结果一致传播前景参数，如空间变化的光谱指数，以及测量的张量标量比$r$的不正确建模所造成的前景的偏见的不确定性。我们发现，S3和S4类实验应该能够把约束$r$的顺序分别为$σ(r)=(0.5-1.0)\times10^{-2}$和$σ(r)=(0.5-1.0)\times10^{-3}$，假设仪器系统的影响是在控制之下。我们进一步研究了偏离基准前景模型的情况，发现虽然第二个偏振尘埃成分对S3和S4的影响很小，但2%的偏振异常尘埃发射（AME）成分将在第4阶段实验中清楚地检测到。
2016-08-01 astro-ph.CO
Forecast of foreground cleaning strategies for AliCPT-1
针对AliCPT-1的DC1模拟数据，研究比较TF、cILC、ABS和GLS四种独立前景清除流程，验证其在r=0.023时可将残余污染控制在2σ误差内且不造成显著r估计张力。
2024-06-26 astro-ph.CO
Forecasting ground-based sensitivity to the Rayleigh scattering of the CMB in the presence of astrophysical foregrounds
在复合过程中产生的中性氢的宇宙微波背景（CMB）光子的瑞利散射有效地产生了一个额外的散射表面，复合后编码新的宇宙学信息，包括宇宙的膨胀和电离历史。首次探测到瑞利散射是下一代CMB实验的一个诱人目标。我们已经开发了一个瑞利散射预测管道，包括仪器效应、大气噪声和天体物理前景（例如，银河尘埃，宇宙红外背景，或CIB，和热Sunyaev-Zel'dovich效应）。我们预测了瑞利散射探测对即将到来的几个地基实验的意义，包括SPT-3G+，西蒙斯天文台，CCAT-prime和CMB-S4，并研究了大气和天体物理前景的限制以及潜在的缓解策略。当结合普朗克数据，我们估计，地面实验将检测到瑞利散射的显着性之间的1.6和3.7，主要是由大气噪声和CIB的限制。
2022-05-12 astro-ph.CO astro-ph.IM
Forecasts of CMB lensing reconstruction of AliCPT-1 from the foreground cleaned polarization data
本文研究AliCPT-1在去除前景后的CMB透镜重构，结合多频段数据采用NILC和cILC方法清理E-map和B-map，模拟显示透镜重构信噪比约4.5，达到stage-III望远镜水平。
2023-03-10 astro-ph.CO
Removal of Galactic foregrounds for the Simons Observatory primordial gravitational wave search
西蒙斯天文台即将进行的观测预计将把张量标量比$r$限制在$σ(r)=$ 0.003的水平。在这里，我们更详细地描述了西蒙斯天文台的预测算法之一，清洁CMB偏振图使用参数模型的基础上。我们提出了一个新的代码来执行这种端到端的预测，并探讨了更详细的假设。如果同步辐射和热尘埃辐射的光谱能量分布的空间均匀性被假定在计划用于观测的区域上，覆盖几乎五分之一的天空，那么对于与当前数据一致的前景模型，预测$r$中1- 3阶$σ$的偏差。我们发现，通过掩盖天空中污染最严重的区域，或者通过采用更多的参数来描述同步加速器和尘埃的光谱指数的空间变化，这样的偏差可以减轻我们考虑的前景模型。我们还探讨了测试清洁CMB偏振图是否包含残留前景污染的策略，包括与跟踪前景的地图互相关。该方法也适用于其他CMB偏振实验。
2019-05-21 astro-ph.CO
The Squeezed Bispectrum from CHIME HI Emission and Planck CMB Lensing: Current Sensitivity and Forecasts
McGill University（麦吉尔大学）；Arizona State University（亚利桑那州立大学）；University of British Columbia（不列颠哥伦比亚大学）；National Research Council Canada（加拿大国家研究委员会）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
CHIME HI发射与Planck CMB偏折的压缩双谱研究，通过非线性引力耦合测量，旨在提高宇宙学参数的约束精度。
2026-01-06 astro-ph.CO
Galactic foreground constraints on primordial $B$-mode detection for ground-based experiments
偏振前景的污染是未来偏振宇宙微波背景（CMB）调查和原始$B$模式的潜在探测的最大挑战之一。未来的实验，如西蒙斯天文台（SO）和CMB-S4，将着眼于在天空中相对较小的区域（$f_{\rm sky} \sim 0.1$）进行非常深入的观测。在这项工作中，我们调查的预测性能，作为一个功能的调查领域的位置在天空中，在整个天空的区域，偏振前景避免和前景成分分离建模需求之间的平衡。要做到这一点，我们模拟观察SO样实验和测量的误差条检测的张量标量比，$σ(r)$，与管道，其中包括一个参数分量分离方法，相关分量分析，并使用Fisher信息矩阵。我们预测了覆盖整个天空的192个调查区域以及优化的低前景区域的性能。我们发现，建模的光谱能量分布的前景是最重要的因素，任何不匹配将导致残差和偏见的原始$B$模式。在这些噪音水平下，如果观测目标是接近银河系两极的天空中污染最少的区域，那么$σ(r)$对前景污染水平并不特别敏感。
2021-11-12 astro-ph.CO
Lower bias, lower noise CMB lensing with foreground-hardened estimators
宇宙微波背景（CMB）温度图中的河外前景严重限制了标准估计器重建弱透镜势的能力。这些前景不能通过多频清理或掩蔽完全去除，如果不适当地考虑，可能导致大的偏差。对于由多个未聚集的点源组成的前景，可以导出源振幅的估计值并进行解投影，从而消除对透镜重建的任何偏差。我们的模拟表明，所有的河外前景的温度可以近似由一组具有相同的配置文件的源，一个简单的偏置硬化技术是有效的，在减少任何偏见透镜，在最小的噪声成本。我们比较其他方法，如“剪切”重建的性能和偏差，并讨论如何联合deproject任意数量的前景，每个任意配置文件。特别是，对于一个类似西蒙斯观测的实验前景硬化估计，使我们能够扩展重建中使用的最大多极子，增加整体统计功率$\sim 50\%$超过标准的二次估计，无论是在自动和互相关。我们的结论是，源硬化优于标准的透镜二次估计在自相关和互相关，透镜信号噪声比和前景偏差。
2020-12-01 astro-ph.CO
Forecasting the Detection of Lyman-Alpha Forest Weak Lensing from the Dark Energy Spectroscopic Instrument and Other Future Surveys
本研究将莱曼-α森林弱引力透镜方法扩展至更低源密度，基于DESI巡天模拟数据评估透镜估计器性能，发现完整DESI数据可实现信噪比约4的探测，未来更大数据集有望实现信噪比大于10的探测。
2025-01-28 astro-ph.CO
Foreground removal requirements for measuring large-scale CMB B-modes in light of BICEP2
BICEP 2在度尺度上探测到的B模偏振信号是由宇宙微波背景（CMB）引起的，最有说服力的确认是对其大尺度对应物的测量。我们评估了在天空的大部分扩散分量分离精度的要求，以测量对应于r=0.1-0.2的张量标量比的大规模B模式信号。我们使用Bonaldi & Ricciardi（2011）提出的方法来预测不同模拟实验的性能，同时考虑噪声和前景去除问题。我们不考虑工具系统学，我们含蓄地假设，他们不是主要来源的错误。如果是这样的话，即使对于关于前景清洁的准确性的保守假设，普朗克也可以实现r=0.1-0.2信号的确认。我们的预测表明，将该实验与BICEP 2相结合，将导致对r的约束提高25-45%。下一代CMB偏振卫星，在这项工作中由COrE实验代表，可以显着降低（几乎另一个数量级）r的不确定性。然而，在这种情况下，前景去除的精度对于充分受益于灵敏度的增加变得至关重要。
2014-07-23 astro-ph.CO
Partially Constrained Internal Linear Combination: a method for low-noise CMB foreground mitigation
内部线性组合（ILC）方法是CMB数据分析中使用最广泛的多频清洗技术。这些方法通过最小化共同添加的映射中的总方差（受到信号保留约束）来减少前景，尽管通常仍然存在显著的前景残差或偏差。对ILC方法的修改是约束ILC（cILC），其明确地使某些前景分量无效;然而，这种前景无效对于地面CMB数据集来说通常代价很高，地图噪声在小尺度上显著增加。在本文中，我们探索了一种新的方法，部分约束ILC（pcILC），它允许我们优化ILC方法中的前景偏差和方差之间的权衡。特别地，该方法允许我们最小化受到不等式约束的方差，该不等式约束要求受约束的前景至少减少一个固定因子，该固定因子可以基于预期应用的前景灵敏度来选择。我们测试我们的方法模拟天空地图的西蒙斯观测实验，我们发现，清洁热Sunyaev-Zel'dovich（tSZ）污染在$\ell \in [3000,4800]$，如果一个小的tSZ残留的20%的标准ILC残留可以容忍，CMB温度图的方差减少了至少50%以上的cILC值。我们还展示了应用这种方法来减少噪音的CMB透镜重建。
2020-12-07 astro-ph.CO
The Effects of Bandpass Variations on Foreground Removal Forecasts for Future CMB Experiments
用于研究宇宙微波背景的仪器的频带增益和中心频率随时间和系统的变化是数据到地图分析管道中的重要因素。如果没有适当的特征，它们可能会限制下一代实验消除天体物理前景污染的能力。不确定性包括仪器探测器波段，它可以在焦平面上系统地改变，以及用于测量波段的仪器的校准。一个潜在的主要影响是大气波动引起的随时间变化的增益和频带不确定性。更具体地说，大气条件的变化导致大气传输的频率相关变化，这反过来又导致仪器带通的有效增益和中心频率的变化。使用大气建模软件和ACTPol带通，我们模拟的预期变化的频带增益和中心频率为20，40，90，150和240 GHz频段的可降水量的水蒸气，观测角度和地面温度的函数。结合这些影响，使我们能够在一个完整的观测季节的过程中，在波段增益和中心频率的预期不确定性的最大和最小限制。然后，我们将不确定性引入到模拟CMB图上的参数最大似然分量分离方法中，以预测前景去除性能和张量标量比r上的似然性。我们的结论是，测量$σ(r=0)$ ~ $10^{-3}$与控制下的恢复$r$的偏差，相对增益和带通的中心频率的不确定度的限制必须分别<2%和<1%。我们还评论自校准带通不确定性的可能性。
2018-03-20 astro-ph.CO astro-ph.IM
Forecast analysis and focal plane optimization for a multi-frequency CMB B-modes polarization experiment: the case of LSPE
提出了一种多频CMB B模实验中探测器数目固定的焦平面优化方案，并将其应用于LSPE实验的具体情况。最佳焦平面被确定在地面上的张量-标量比$r$的预测不确定性$σ_r$和预期的地图方差从前景和仪器噪声残差方面定义的不同的品质因数。然后，我们进行预测分析，以评估在B模式测量可实现的精度。
2017-10-19 astro-ph.CO
Wedge-avoidance Fisher Forecasts for Primordial Features from Dark-Ages 21-cm Power Spectrum and Bispectrum
National Astronomical Observatories, CAS（中国科学院国家天文台）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
开发楔形感知的Fisher框架，预测月球背面阵列对振荡特征暴胀模型中原初非高斯性的约束，发现楔形回避显著削弱约束能力。
2026-10-14 astro-ph.CO
Enhancing Cosmological Constraints from Foreground-Cleaned CMB Maps Using Large-Scale Structure Surveys
Columbia University（哥伦比亚大学）
本研究提出将星系数密度图作为ILC通道，结合CMB实验与大尺度结构巡天，可降低CMB地图的残留前景功率与方差，提升ΛCDM等宇宙学参数的约束精度，为相关实验的设计提供了预期增益依据。
2026-08-31 astro-ph.CO
Detecting primordial gravitational waves with circular polarization of the redshifted 21 cm line: II. Forecasts
在本系列的第一篇论文中，我们证明了在高红移的CMB四极导致发射的21 cm辐射的小圆偏振。本文预测了第一宇宙光时代（$z\sim 20$）未来射电实验测量CMB四极子的灵敏度。21厘米圆极化的层析测量，使我们能够构建一个三维远程四极场。测量该远程四极场的$B$模式分量可以用于对张量标量比$r$施加界限。我们费舍尔预测未来的快速傅里叶变换望远镜（FFTT），由一个阵列的偶极天线在一个紧凑的网格配置，作为阵列大小和观测时间的函数。我们发现边长为100 km的FFTT经过10年的观测可以达到$σ(r)\sim 4\times 10^{-3}$，并且天空覆盖范围为$f_{\mathrm{sky}}\sim 0.7$。预测是依赖于莱曼- $α$通量在预再电离时代的演变，这仍然是观测不受约束。最后，我们计算了典型的数量级的圆极化前景和评论他们的缓解策略。我们的结论是，检测原始引力波与21厘米的观测原则上是可能的，只要原始磁场振幅小，但需要一个非常未来的实验与相应的校准和前景抑制技术的进步。
2018-04-27 astro-ph.CO
Optimizing foreground mitigation for CMB lensing with combined multifrequency and geometric methods
当前和即将到来的CMB透镜测量的一个关键挑战是它们对来自河外前景的偏差的敏感性，例如Sunyaev-Zeldovich（SZ）信号或宇宙红外背景辐射。已经开发了几种方法来减轻这些透镜前景偏差，大致分为多频率清洁方法和对估计器几何结构的修改，但如何最佳地组合这些方法尚未详细探索。在本文中，我们研究了透镜前景缓解策略的组合是最好的能够减少前景污染的影响，西蒙斯天文台样的实验，同时保持最大的信噪比。虽然获得的最佳组合取决于是否偏置或方差减少的优先级和是否使用极化数据，一般来说，我们发现，涉及几何（轮廓硬化，源硬化或剪切）和多频（对称清洗）方法的组合表现最好。对于来自温度（偏振和温度）的透镜功率谱测量，我们的组合估计器方法能够将透镜振幅的偏差降低到低于$σ/4$或0.3%（0.1%），比标准QE偏差低16（30）倍，信噪比成本仅为18%（12%）。相比之下，单一方法前景缓解方法难以将偏差降低到低于$σ/2$的可忽略水平，而不会导致大的噪声损失。因此，对于即将到来的和当前的实验，我们的组合方法代表了一种很有前途的方法，用于进行具有可忽略的前景偏差的透镜测量。
2021-10-31 astro-ph.CO
Astrophysical foregrounds and primordial tensor-to-scalar ratio constraints from CMB B-mode polarization observations
我们研究了天体物理前景对CMB B模偏振实验约束原始张量标量比r的能力的影响。为了清理前景贡献，我们使用参数，极大似然分量分离技术，并考虑优化实验设置，以在恢复的CMB图中呈现最小水平的前景残差。我们考虑几乎全天空的观测，包括两个扩散的前景组件，灰尘和同步加速器，和研究的情况下，有和没有校准误差，空间变异的前景属性，和部分或全部B模式透镜信号去除。在所有这些情况下，我们发现，在非常低的噪声水平的限制，并在没有内部或建模系统的影响，前景残差不会导致对r的最低可检测值的限制。但是，控制前景残差的需要将在确定允许r < 0.1的鲁棒检测所需的最小噪声水平方面发挥重要作用，因此在优化和预测未来任务的性能方面发挥重要作用。对于当前和拟议的实验噪声水平，发现前景残差不可忽略，并且可能会影响我们对r设置约束的能力。我们还展示了如何通过将后组件分离处理限制到较小的天空区域来显着改善约束。这种程序适用于COrE类卫星任务的情况下，可能会导致超过一个数量级的改进的可探测值r。有足够的知识的实验带通以及前景成分的比例定律，我们的结论被认为是独立的假设的整体归一化的前景，只有定量地依赖于特定的参数化假设的前景成分。
2012-04-19 astro-ph.CO
Foreground-immune CMB lensing with shear-only reconstruction
来自当前和即将到来的宽场CMB实验（如AdvACT，SPT-3G和西蒙斯天文台）的CMB透镜在很大程度上依赖于温度（与偏振）。在这种情况下，对温度图的前景污染产生显著的透镜偏置，这不能通过多频率分量分离、掩蔽或偏置硬化来完全控制。在这封信中，我们分裂成一组新的最佳“多极”估计标准CMB透镜二次估计。在大尺度上，这些多极估计减少到已知的放大和剪切估计，和一个新的剪切B-模式估计。我们利用不同的对称性的透镜CMB和河外前景认为，剪切估计应该是大约免疫河外前景。我们建立了一个新的方法来计算单独和无噪声的初级，次级和三光谱偏差CMB透镜从前景模拟。使用这种方法，我们证明了剪切估计确实是不敏感的河外前景，即使当应用到一个单频温度图污染CIB，tSZ，kSZ和无线电点源。前景偏差的这种显著降低使我们能够包括比标准二次估计器更高的温度多极，从而增加了超过二次估计器的总透镜信噪比。此外，仅放大和剪切B模式估计提供了有用的诊断潜在的残差。我们的Python代码LensQuEst可以预测各种估计器的信噪比，生成模拟映射，对它们进行建模，并将各种透镜估计器应用于它们，这些代码可以在https://github.com/EmmanuelSchaan/LensQuEst上公开获得。
2019-05-16 astro-ph.CO
Foreground and sensitivity analysis for broad band (2D) 21cm--Ly-alpha and 21cm--H-alpha correlation experiments probing the Epoch of Reionization
探测到21厘米与再电离时期（EOR）的Ly-alpha或H-alpha之间的预测关系将是对第一个星系的有力探测。虽然3D强度图在低k_ \parallel模式下隔离前景，但红外测量还不能与无线电强度图实验的视场和红移分辨率相匹配。相反，2D（即，宽带）红外强度图可以用当前的实验来测量，并且受到前景而不是光子或热噪声的限制。我们发现，二维实验可以测量k<0.2 Mpc^-1时的大部分三维涨落功率，同时保持其相关性。然而，我们发现前景带来了两个挑战：（1）简单的几何效应产生射电和红外通量之间的相关性，即使它们的光度是不相关的;（2）射电和红外前景残差贡献样本方差噪声的交叉频谱。第一个挑战需要更好的前景掩蔽和减法，而第二个挑战需要大视场来平均不相关的无线电和红外功率。利用默奇森宽场天线阵的射电观测和小行星陆地撞击最后警报系统的近红外观测，我们将z \sim 7处21 cm-Ly-alpha交叉功率谱的剩余前景上限设定为Δ^2<181 kJy/sr * mK（95\%），\ell \sim 800。我们预测了未来实验中前景相关性和样本方差噪声的水平，表明更高分辨率的调查，如LOFAR，SKA-LOW和暗能量调查可以开始探测21 cm-LyαEOR交叉光谱的模型。
2017-11-02 astro-ph.CO
Optimization of foreground moment deprojection for semi-blind CMB polarization reconstruction
本文提出优化的cMILC（ocMILC）流程，通过数据诊断自适应选择需反投影的前景矩数量、枢轴参数和系数，在PICO模拟中实现比NILC和cMILC更低的前景污染，并获得无偏的张标比后验。
2024-06-10 astro-ph.CO
Detection and Removal of B-mode Dust Foregrounds with Signatures of Statistical Anisotropy
宇宙微波背景B模式极化中的暴胀引力波信号在未来十年内将达到前所未有的强度。这些正在进行的研究的一个主要困难是，星系前景，如尘埃，可以很容易地模仿暴胀信号。虽然典型的前景是从原始信号中分离出来的，使用前景的不同频率依赖性，但在本文中，我们在Kamionkowski和Kovetz（2014）的工作基础上，研究了银河尘埃B模式的统计各向异性可以在多大程度上用于区分它们与暴胀B模式。在我们的工作中，我们扩展了现有的各向异性估计，并将其应用于模拟极化尘埃，以预测其性能为未来的实验。考虑到这种方法作为一个零测试的灰尘污染CMB-S4的应用程序，我们发现，我们可以检测到残留灰尘水平对应于$r\sim0.001$在$2σ$，这意味着统计各向异性估计将是一个强大的诊断前景残差（虽然我们的结果显示一些依赖于所使用的灰尘模拟）。最后，考虑到一个简单的零测试以外的应用程序，我们演示了如何各向异性统计可以用来构建一个估计的尘埃B模式的地图，这可能是用来清洁的B模式的天空。
2018-06-30 astro-ph.CO
Simulations for single-dish intensity mapping experiments
HI强度测绘是探测暗能量的新兴工具。红移HI信号的观测将受到仪器噪声、大气和银河前景的污染。预计后者比我们希望探测的HI发射亮四个数量级。我们提出了一个模拟的单碟观测，包括1/f和白噪声的仪器噪声模型，天空发射与弥漫的银河前景和HI发射。我们考虑两种前景清理方法：光谱参数拟合和主成分分析。对于前景和仪器效应的平滑频谱，我们发现参数拟合方法提供的残差仍然受到前景和1/f噪声的污染，但主成分分析可以将这种污染降低到热噪声水平。该方法对于一系列不同的前景和噪声模型是鲁棒的，因此构成了从数据中恢复HI信号的有前途的方式。然而，它会导致宇宙学信号泄漏到约5%的减影前景中。分量分离方法的效率很大程度上取决于前景和1/f噪声的频谱的平滑度。我们发现，只要频带上的光谱变化与通道宽度相比是缓慢的，前景清理方法仍然有效。
2015-07-16 astro-ph.CO astro-ph.IM
Foreground removal with ILC methods for AliCPT-1
本文针对 AliCPT-1 模拟评估并比较多种 ILC 前景清除方法，发现调和与 needlet 空间 cILC 可有效控制 BB 功率谱偏差并约束 r，同时揭示 NBE 与噪声残差的关系。
2024-03-19 astro-ph.CO
Foreground Maps in WMAP frequency bands
本文提供了全天空地图的前景发射在所有的WMAP通道，非常低的残留污染的宇宙微波背景（CMB）各向异性和控制水平的仪器噪声。前景图是通过减去适当过滤的CMB图获得的，CMB图是从所有WMAP观测和100微米图的基于针的表示的线性组合获得的。在大尺度上重建的前景图中的误差明显低于由于CMB污染的原始误差，而在小尺度上保持原始WMAP噪声的量级。估计噪声的水平，这允许实现用于最大化局部信噪比的局部滤波器。实现了使用纬度相关滤波器来减少小尺度噪声的这种滤波的示例。这大大增强了银河系发射的对比度，特别是在中间角尺度和中间银河系纬度。干净的WMAP前景图可用于研究银河系星际介质，特别是对于最高频率的通道，其中适当的扣除CMB污染是强制性的。前景地图可从专门的网站下载。
2010-06-04 astro-ph.CO astro-ph.GA
Detecting a Stochastic Gravitational Wave Background in the presence of a Galactic Foreground and Instrument Noise
探测一个随机的引力波背景需要我们首先理解和模拟任何天体物理前景。在毫赫兹频段，主要的前景信号将来自银河系中尚未解决的白矮星双星。我们建立在我们以前的工作表明，一个随机的引力波背景可以检测到的仪器噪声和银河系的混乱前景的存在。我们的方法的关键是准确地建模的各种信号分量的频谱。我们模拟的千兆激光干涉仪空间天线（LISA）在兆赫频段的检测器与6和4链接操作的数据。我们得到了仪器噪声参数、星系能级和调制参数以及随机背景能量密度的后验分布函数。我们发现，我们能够检测到一个尺度不变的随机背景的能量密度低至Ω_gw = 2 e-13的6链接干涉仪和Ω_gw = 5e-13的4链接干涉仪与一年的数据。
2013-10-07 astro-ph.CO gr-qc
Component separation for future CMB B-mode satellites
下一代CMB卫星概念（LiteBIRD、CORE、PIXIE、PICO）被提出用于在天空中的大角度尺度下检测原始CMB B模式偏振，张量-标量比值为${r \lesssim 10^{-3}}$。然而，未被发现的原始CMB B模式将提供由暴胀预测的量子起源的原始引力波的独特特征。我们提出了最近的预测，在天体物理前景和引力透镜效应的存在下，在拟议的CMB空间任务CORE的背景下，对原始CMB B模式的检测。我们还讨论了问题的前景和组件分离的原始B-模式的搜索，并强调在这种情况下的具体挑战：频率范围，频谱退化，前景建模，频谱平均效应。
2018-06-04 astro-ph.CO
Is the Rees-Sciama effect detectable by the next generation of cosmological experiments?
结构的非线性增长导致引力势随时间增长，这在宇宙微波背景（CMB）的小尺度温度波动上留下了印记，这一信号被称为里斯-夏玛（RS）效应。基于以前的研究，在这里，我们调查的RS效应的可检测性交叉相关即将到来的CMB和大尺度结构调查。我们包括示踪剂与现实的数量密度和偏见，现实的噪音为即将到来的和未来的CMB实验，重要的是，从CMB前景的噪音预算的贡献。我们还得到最佳的红移权重，这是至关重要的检测，由于RS效应的红移内核和当前和即将到来的星系调查的典型红移分布之间的不匹配。与以前的工作一致，我们确认，信号将在原则上是可检测的高意义的未来CMB实验的“白噪声”版本时，前景不包括作为噪声的一部分。然而，我们发现，包括前景限制了信号的统计可检测性：鲁宾天文台LSST的最佳加权高红移样本，以及CMB-S4或CMB-HD的CMB地图，可以产生一个检测与信噪比6 - 8，当采取$\ell_{\rm max} = 6000$，前提是前景引起的偏见可以成功地控制。如果来自前景的总功率进一步降低，例如通过更积极的掩蔽，或者如果信号可以被建模到更小的尺度，则改进是可能的。
2022-05-20 astro-ph.CO
A Bayesian analysis of redshifted 21-cm HI signal and foregrounds: Simulations for LOFAR
对EoR的21厘米中性氢（HI）超精细发射的观测有望为第一批恒星、星系和吸积黑洞的形成打开一扇全新的窗口。为了表征微弱的21厘米信号，我们需要开发成像技术，可以非常精确地重建扩展发射。在这里，我们提出了一种反演技术，在NCP的LOFAR基线，基于贝叶斯形式主义与最佳空间正则化，这是用来重建扩散前景图直接从模拟的能见度数据。我们注意到空间正则化在很大程度上对图像去噪，允许在$0.03\,{\rm Mpc^{-1}}<k_{\perp}<0.19\,{\rm Mpc^{-1}}$和$0.14\,{\rm Mpc^{-1}}<k_{\para}<0.35\,{\rm Mpc^{-1}}$范围内的相当大的$k_{\perp}-k_{\para}$空间上恢复21 cm功率谱，而不减去噪声功率谱。我们发现，结合使用GMCA（一种非参数前景去除技术），在$10 \, {\rm MHz}$带宽上积分600小时之后，我们可以在图中针对$60 \, {\rm mK}$的输入高斯随机rms噪声水平在$2σ$统计波动内主要恢复球形平均功率谱。
2015-06-16 astro-ph.CO
Probing inflationary gravitational waves with cross-correlations: improved forecasting and validation with simulations
本文改进并验证了利用CMB B模与大尺度结构互相关探测暴胀引力波的方法，预测可达到σ_r≈3.6×10⁻³，并确认高阶透镜偏差可忽略，对前景具有鲁棒性。
2025-09-26 astro-ph.CO
Modelling the Polarisation of Microwave Foreground Emission on Large Angular Scales
通过对银河系磁场（GMF）进行大尺度模拟，得到了与宇宙微波背景（CMB）极化实验相关的频率上银河系前景极化辐射的模板。这项工作扩展了O'Dea等人的结果，包括偏振同步辐射作为前景发射源。该计算中的偏振方向和分数仅基于GMF模型的基本选择，因此在大尺度上提供了对偏振信号的独立预测。当预测有效的实验灵敏度时，极化前景的模板可能有用。反过来，随着对大部分天空中CMB偏振的测量成为常规，该模型将允许数据约束GMF形式中的参数，但尚未得到很好的理解。
2013-01-18 astro-ph.CO astro-ph.GA
SKAO HI Intensity Mapping: Blind Foreground Subtraction Challenge
中性氢强度测绘（HI IM）将是宇宙学的一个新的强有力的探索。然而，强烈的天体物理前景污染的信号和他们的耦合与仪器系统学进一步增加了数据清洗的复杂性。在这项工作中，我们模拟了一个现实的单碟HI IM调查的$5000$ ~度$^2$补丁在$950 - 1400$ MHz范围内，与SKA天文台（SKAO）和MeerKAT，其前身的MID望远镜。我们包括一个国家的最先进的HI模拟和探索不同的前景模型和仪器的影响，如非均匀的热噪声和光束旁瓣。我们在这些合成数据立方体上执行HI IM的第一个盲前景减法挑战，目的是在没有天空成分和噪声水平的先验知识的情况下评估可用前景清洁方法的性能。九个前景清理管道加入了挑战赛，基于统计源分离算法，盲多项式拟合和对前景的天体物理学参数拟合。我们设计的指标来比较管道性能定量。一般来说，它们可以在受望远镜光束影响最小的尺度范围内恢复20%以内的输入地图的2点统计数据。然而，由于前景结构和波束旁瓣之间的相互作用，在清洁的地图中出现伪影。我们的结论是，这是根本的，开发准确的束流反卷积算法和测试数据后处理步骤仔细清洗之前。这项研究是由SKA宇宙学科学工作组的HI IM焦点小组作为SKAO准备工作的一部分进行的。
2021-10-20 astro-ph.CO
Extracting 21cm signal by frequency and angular filtering
中性氢（HI）信号的提取是宇宙学21 cm实验的一大挑战，其天体物理前景和接收机噪声都比21 cm信号大几个数量级。然而，可以利用21 cm信号、前景和噪声的不同属性来分离这些分量。前景通常是平滑的或在沿着视线（l.o.s.）的频率空间上相关，而21cm信号和噪声都沿相同的L.O.S.随机变化。可以通过滤除频率空间中的平滑分量来去除前景。接收器噪声对于不同时间的观测基本上是不相关的，因此对于勘测，它们在不同方向上也是不相关的，而跟踪大尺度结构的21 cm信号在一定尺度上是相关的。在本练习中，我们在频率和角度空间中应用维纳滤波器，以提取21 cm信号。我们发现这种方法效果很好。对光束的不准确认识可能会降低重建效果，但总体结果仍然良好，表明该方法具有相当的鲁棒性。
2018-05-21 astro-ph.CO
Separating CMB Stokes Q and U polarization signals from Non-Gaussian Emissions
本文根据宇宙微波背景的高斯性质和天体物理偏振前景的强非高斯性质的基本概念，利用WMAP九年出版的偏振图，估算了扩散前景最小化宇宙微波背景（CMB）Stokes Q和U偏振图。我们切除定义已知点源位置的天空区域，这些区域被探测器噪声或漫射前景或两者强烈污染，然后在构成整个天空区域的大约$50\%$的幸存天空区域上执行前景最小化。我们严格评估性能的前景最小化的几种方式，并表明我们的前景最小化方法从输入地图中删除了重要的前景。与WMAP前景缩减的Stokes Q，U偏振图相比，在不同的多极范围内，经过清理的Stokes Q，U偏振图具有更少的来自相关天空区域的EE和BB功率。我们验证我们的方法进行详细的蒙特卡罗模拟。我们的方法的主要驱动机制是内部线性组合（ILC）方法，然而，与通常的ILC方法中执行的简单方差最小化不同，该方法的核心依赖于理论上动机良好的CMB偏振高斯性概念，在观测和通货膨胀模型之间建立了直接联系。此外，该方法，像通常的ILC方法，是独立的偏振前景的建模不确定性。这将是有用的，应用我们的方法在未来一代低噪声CMB偏振实验。
2017-07-07 astro-ph.CO
Assessing the Impact of Unequal Noises and Foreground Modeling on SGWB Reconstruction with LISA
本研究针对利用LISA搜寻宇宙学起源SGWB的现实干扰问题，更新SGWBinner代码纳入臂间可变噪声与复杂前景谱形，发现噪声适度变化影响小、前景建模不佳会显著劣化重建，还集成JAX提升了计算效率。
2025-06-18 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
ABS: an Analytical method of Blind Separation of CMB from foregrounds
从复杂的背景中提取CMB的B模偏振态是寻找暴胀引力波的一个具有挑战性的任务。我们提出了ABS方法作为一个盲目的和分析的解决方案，这个问题。该方法适用于测量的不同频带间的交叉带功率，解析地得到了CMB B模的带功率。它不依赖于前景假设，也不需要多参数拟合。针对各种前景，调查频率配置和仪器噪声的测试，我们验证了它的适用性和数值稳定性。ABS方法也适用于CMB温度，E模式偏振，热Sunyaev Zel'dovich效应，光谱失真，甚至显着不同的问题，如宇宙放大。
2019-01-08 astro-ph.CO
CMBFSCNN: Cosmic Microwave Background Polarization Foreground Subtraction with Convolutional Neural Network
本研究拓展CMBFSCNN机器学习方法，纳入CMB透镜效应，结合半分图互相关技术降噪，在CMB-S4、LiteBIRD模拟数据中精确恢复CMB极化功率谱，并讨论方法对前景模型的依赖性。
2024-06-25 astro-ph.CO
A new model of the microwave polarized sky for CMB experiments
我们提出了一个新的模型，微波天空中的偏振，可用于模拟数据从CMB偏振实验。我们利用普朗克卫星的最新结果，提供一个准确的描述扩散偏振前景同步加速器和热尘埃排放。我们的模型可以包括上述两个前景，也是一个异常微波发射（AME）的构造模板。可以很容易地选择前景的频率依赖性的几个选项，以反映我们的不确定性，并测试不同假设的影响。可以将小角度尺度特征添加到前景模板以模拟高分辨率观测。我们目前的模型输出的测试，以显示良好的协议与普朗克和WMAP数据。我们确定的范围内，前景光谱指数可以变化，以符合当前的数据。我们还展示了高灵敏度，高分辨率的全天空实验，如宇宙起源探测器（COrE）的预测。我们的模型是作为一个python脚本发布的，它快速且易于使用，可在\url{http://www.jb.man.ac.uk/~chervias}上获得。
2016-07-21 astro-ph.CO
Limits on Polarized Dust Spectral Index Variations for CMB Foreground Analysis
使用普朗克偏振数据，我们搜索和约束空间变化的偏振尘埃前景的宇宙微波背景（CMB）的观测，特别是在其光谱指数，$β_d$。如果不考虑这些变化，将导致前台清理中的错误，这些错误将传播到从清理后的CMB图恢复宇宙学参数时的错误。目前还不清楚如何强大的普朗克数据约束$β_d$变化的先前研究是由于噪声建模，残差系统学和先验的挑战。为了澄清$β_d$及其变化的限制，我们采用两个像素空间分析的偏振尘埃前景在$>3.7^{\circ}$尺度上的$\approx 60\%$的天空在银河系高纬度。一个模板拟合方法，它测量$β_d$超过三个地区的$\approx 20\%$的天空，没有发现显着偏离一个统一的$β_d = 1.55$，符合先前的普朗克测定。在这些区域中的附加分析，基于对每个像素的灰尘和CMB模型的多频率拟合，对$σ_{β_d}$（$β_d$中的高斯空间变化）施加限制。在最高纬度，数据支持$σ_{β_d}$到$0.45$，中纬度支持$0.30$，低纬度支持$0.15$。我们还表明，必须小心解释当前的普朗克约束，$β_d$地图，和噪声模拟时。由于高纬度地区的残留系统学和低尘埃信噪比，对正在进行和未来任务的预测应包括本文根据当前极化数据估计的大$σ_{β_d}$值的可能性。
2021-10-22 astro-ph.CO
Four Fundamental Foreground Power Spectrum Shapes for 21 cm Cosmology Observations
与明亮的天体物理源相互作用的仪器效应的污染是测量再电离时代和BAO 21厘米功率谱的主要障碍-一种称为模式混合的效应。在本文中，我们确定了四个基本的功率谱形状产生的模式混合，将影响所有即将到来的观测。我们第一次能够解释在高级模拟中看到的楔形结构，并预测基本上没有污染的“EoR窗口”的形状。了解这些污染的来源也使我们能够识别低于成像极限的校准和前景减法误差，为精确观测提供了一个强大的新工具。
2012-04-25 astro-ph.CO astro-ph.IM
Simple foreground cleaning algorithm for detecting primordial B-mode polarization of the cosmic microwave background
我们重新考虑像素为基础的，“模板”极化前景去除方法的背景下，下一代，低噪声，低分辨率（0.5度FWHM）的空间实验测量宇宙学B模式偏振信号的宇宙微波背景（CMB）。该方法由威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）团队提出，并由Efstathiou等人进一步研究。我们需要至少3个频率通道：一个用于提取CMB信号，而另外两个用于估计偏振尘埃和同步辐射的空间分布。不使用外部模板映射。我们从由CMB、噪声（2 μ K arcmin）和前景模型组成的模拟天空图中提取张量标量比（r），并发现，即使对于最简单的60、100和240 GHz的3频配置，r中的残余偏差也小至Delta r~0.002。由于同步辐射光谱指数的空间变化，这种偏差主要是由残余同步辐射。使用fsky=0.5的扩展掩码，偏差进一步降低到<0.001。
2011-05-30 astro-ph.CO
Forecasting a Cosmological 21 cm Stacking Detection with Early HIRAX Data
Institute for Particle Physics and Astrophysics, ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院粒子物理与天体物理研究所）
本研究提出正向建模流水线，结合早期HIRAX数据与外部源星表互相关，预测宇宙学21厘米信号的统计探测，发现红移精度是关键，类Euclid样本在100 ns延迟截止下最小信噪比达11。
2026-10-15 astro-ph.CO astro-ph.IM
Forecasts of effects of beam systematics and deprojection on the third-generation ground-based cosmic microwave background experiment
针对第三代地面 CMB 实验的光束失配泄漏，研究用时间排序模拟数据验证去投影，并结合 NILC/cILC 前景清除，证明残余系统误差不影响 TEB、透镜重建和张量—标量比估计。
2025-01-17 astro-ph.CO
Foreground Removal using FastICA: A Showcase of LOFAR-EoR
我们介绍了一种新的实现FastICA算法的模拟LOFAR EoR数据的目的是准确地消除前景和提取21厘米的再电离信号。我们发现，该方法成功地消除了前景，平均拟合误差为0.5%，并且在整个频率范围内恢复了2D和3D功率谱。我们发现，对于尺度以上的几个PSF尺度的21厘米的方差是成功地恢复，但有证据表明，噪声泄漏到重建的前景成分。我们发现，这种盲目的独立成分分析技术提供了令人鼓舞的结果，没有事先的前景假设的危险。
2012-05-24 astro-ph.CO
A needlet ILC analysis of WMAP 7-year data: estimation of CMB temperature map and power spectrum
对WMAP的7年温度图进行了重新分析，提取了减少天体物理前景和噪声污染的CMB图和CMB功率谱。所使用的方法是基于WMAP数据和前景模板的线性组合，实现对针状框架上的观察的分解。我们得到了一个干净的CMB地图与低污染的前景和噪音，以及一个新的估计的CMB温度功率谱。后者基本上与WMAP合作发布的功率谱兼容，尽管在大尺度上它稍微但系统地较低。这一差异的确切来源尚不清楚。
2011-06-27 astro-ph.CO
Impact & Mitigation of Polarized Extragalactic Foregrounds on Bayesian Cosmic Microwave Background Lensing
针对未来偏振主导的CMB透镜测量场景，研究量化了河外偏振前景对贝叶斯透镜重建的影响，提出联合拟合方法以缓解更远期实验的前景偏差。
2025-05-18 astro-ph.CO
The power of SKA to Constrain cosmological gravitational-wave backgrounds below the astrophysical foreground noise
本研究提出利用宇宙学引力波触发暗物质致密子晕形成的机制，借助即将建成的SKA约束子晕丰度，从而在天体物理前景噪声下将纳赫兹/微赫兹频段的宇宙学引力波能谱约束到更低水平，收紧新物理模型参数空间。
2025-06-17 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Foreground Mitigation for CMB Lensing with the Global Minimum Variance Quadratic Estimator
Stanford University（斯坦福大学）；SLAC National Accelerator Laboratory（SLAC国家加速器实验室）；California Institute of Technology（加州理工学院）；University of Chicago（芝加哥大学）
本文提出利用tSZ去投影和交叉ILC技术改进CMB形变重建，降低噪声至1%以下，提升前景抑制能力，适用于交叉相关分析。
2026-03-27 astro-ph.CO
Astrophysical foreground cleanup using non-local means
本文借鉴数字成像中的非局部均值思想，提出面向天体物理前景图的非线性降噪滤波器，通过旋转不变特征空间度量像素相似性，在Planck尘埃图上将信噪比频谱密度提升两倍且信号损失极小。
2023-05-31 astro-ph.CO astro-ph.IM
Estimating the Impact of foregrounds on the Future Detection of Rayleigh scattering
在复合后不久，中性氢对宇宙微波背景（CMB）的瑞利散射在强度和偏振涨落上留下了依赖于频率的印记。对CMB瑞利散射的高信噪比观测将为复合物理学提供更多的见解，包括对原始氦分数、光遗迹密度和中微子质量总和等参数的更大约束力。然而，CMB瑞利散射的这种测量是具有挑战性的，由于天体物理前景的存在，这是更强烈的高频，其中的瑞利散射的影响是最突出的。在这里，我们预测CMB瑞利散射的可探测性，包括前景去除使用盲内部线性组合方法为一组不久的将来的调查。我们表明，大气的地面观测站和天体物理前景的影响构成了一个显着的障碍，以检测CMB瑞利散射的实验计划在这十年，虽然一个高意义的测量应该是可能的未来CMB卫星。
2022-05-09 astro-ph.CO astro-ph.IM
Predicting CMB dust foreground using galactic 21 cm data
了解大角度尺度的星系前景是至关重要的未来CMB实验，旨在检测$B$模式偏振从原始引力波。传统上，灰尘成分已被分离使用其不同的频率依赖性。然而，使用非CMB观测具有提高保真度和降低重建噪声的潜力。在这篇探索性的论文中，我们研究了银河系21厘米观测预测尘埃前景强度的能力。我们训练一个神经网络来预测尘埃的前景，由普朗克卫星从银河系21厘米发射的全速数据立方体测量的HI4PI调查。我们证明了速度结构中的信息明显提高了简单的集成排放模型和简单的线性模型的预测能力。这种改善在弧分标度上是显著的，但在度标度上则较为温和。关于温度数据的原理证明表明，也可以从相同的输入数据改进前景偏振模板。
2019-11-18 astro-ph.CO
The Planck legacy - Reinforcing the case for a standard model of cosmology: $Λ$CDM
我们简要回顾了普朗克2015年发布的主要结果，描述了数据的新校准，显示了温度和首次偏振，宇宙学参数和透镜势的地图。此外，我们提出了银河系前景的两极分化的预测。未来的卫星实验将面临的挑战是以高精度去除前景，以便能够测量小于0.01的张量标量比。
2016-05-05 astro-ph.CO
The CMB angular power spectrum via component separation: a study on Planck data
我们调查在何种程度上前景清洁CMB地图可以用来估计宇宙学参数在小尺度上。我们使用SMICA方法，一种直接在光谱级工作的盲分离技术。在这项工作中，我们专注于小尺度的CMB角功率谱，这主要是受噪声和河外前景，如点源。我们调整SMICA只使用数据图之间的互谱，从而避免了噪声偏差。在这项研究中，在模拟和普朗克2015年的数据上进行，我们通过将它们建模为两个独立群体的散粒噪声来拟合河外点源。在模拟中，我们正确地恢复点源发射定律，并且获得CMB角功率谱，其具有在$\ell \geq$ 2200处的CMB功率的五分之一的平均前景残差。在普朗克数据上，恢复的点源发射定律对应于外部估计，在最高和最低频率处具有一些偏移，可能是由于点源的频率退相干。CMB角功率谱残差与我们在模拟中发现的一致。从模拟和数据中获得的宇宙学参数显示，平均偏离其预期值高达1 $σ$。模拟中宇宙学参数的偏差代表普朗克数据中预期的偏差水平。宇宙学参数的结果依赖于光谱中前景残留污染的细节，需要一个定制的似然前景模型的建模。
2018-07-02 astro-ph.CO
