Asymmetric Beams and CMB Statistical Anisotropy
波束的不对称性导致了各向异性的宇宙微波背景(CMB)图。通常,它们被研究其对CMB功率谱的影响,然而它们更接近地模仿各向异性效应,例如引力透镜和原始功率不对称。我们讨论的工具,研究光束不对称性的一般二次估计的各向异性,分析全天空观测以及在现实数据的分析。我们证明了这种方法在应用程序中最近检测到的9西格玛四极调制效应的WMAP数据,表明光束提供了一个完整和充分的解释异常。
2010-10-04 astro-ph.CO
Estimating SI violation in CMB due to non-circular beam and complex scan in minutes
在宇宙微波背景(CMB)实验中,仪器光束的圆对称性不可避免的轻微偏离会导致可测量的统计各向同性(SI)破坏。如果没有适当地考虑,则该寄生信号可以使数据中的其他SI违反信号(如果有的话)的提取复杂化。然而,通过精确的数值模拟来估计这种效应是计算密集且耗时的。一个广义的分析形式主义不仅提供了一个快速的方法来估计这个信号,但也给出了一个详细的理解连接的领先的光束各向异性组件的SI违反可测量的BipoSH特性。在本文中,我们提供了一个近似的通用分析方法来估计由于非圆(NC)光束和任意扫描策略,双极球谐(BipoSH)光谱的SI破坏。我们的分析方法可以预测几乎所有的功能介绍了数控光束在一个复杂的扫描,从而减少了需要大量的数值模拟价值数万CPU小时到分钟长的计算。作为一个说明性的例子,我们使用WMAP波束和扫描策略来证明我们的方法的简单性,可用性和效率。我们测试我们所有的分析结果对精确的数值模拟。
2015-11-11 astro-ph.CO astro-ph.IM
The impact of beam deconvolution on noise properties in CMB measurements: Application to Planck LFI
本文分析了束流反卷积对CMB测量中噪声特性的影响。该分析是围绕artDeco光束反卷积器代码构建的。我们推导出一个低分辨率的噪声协方差矩阵,它描述了反卷积产品中的残余噪声,在谐波和像素空间。该矩阵模型的剩余相关噪声,仍然在时间顺序的数据后,条带,和反卷积的效果。为了验证结果,我们产生的噪声模拟,模仿数据从普朗克LFI仪器。在多极范围$\ell=0-50$中对全70 GHz协方差进行$χ^2$检验,得到平均降低的$χ^2$为1.0037。我们比较了两个行人的选择,充分和独立的行人,去卷积可用数据的子集时。完全去噪留下的残留噪声基本上更少,但留下了相互关联的数据集。我们还推导了一个白噪声协方差矩阵,提供了一个近似的全噪声在高多极子,并通过模拟研究的高分辨率噪声在像素空间的属性。
2016-02-08 astro-ph.CO astro-ph.IM
Deep Learning for CMB Foreground Removal and Beam Deconvolution: A U-Net GAN Approach
School of Physical Sciences, Indian Institute of Technology Mandi(印度技术学院曼迪分校物理科学学院);Department of Physics, Indian Institute of Technology Delhi(印度技术学院德里分校物理系);Oridigm Inc.(Oridigm公司)
本文提出一种U-Net GAN方法用于CMB重建,通过模拟Planck观测生成真实微波天空图,实现高保真重建,有效去除前景污染和非圆形束系统影响。
2026-05-10 astro-ph.CO astro-ph.IM
Antenna-coupled TES bolometer arrays for CMB polarimetry
我们描述的设计和性能的偏振选择性天线耦合TES阵列,将用于几个即将到来的宇宙微波背景(CMB)的实验:SPIDER,BICEP-2/SPUD。全光刻偏振计阵列利用平面相控天线进行准直(F/4波束)和微带滤波器进行频带定义(25%带宽)。这些器件具有高光学效率、出色的光束形状和清晰的光谱带。双极化天线提供良好匹配的波束和低交叉极化响应,这两者对于高保真极化测量都很重要。迄今为止,这些设备是为100 GHz和150 GHz波段开发的,这是CMB观测的两个主要毫米波大气窗口。在不久的将来,灵活的微带耦合架构可以为CMBPOL任务的整个频率范围提供光子噪声限制探测。本文总结了自2006年佛罗里达州奥兰多SPIE会议以来我们所取得的进展。
2009-08-11 astro-ph.CO astro-ph.IM
CMB polarization TE power spectrum estimation with non-circular beam
宇宙微波背景(CMB)各向异性的精确测量一直是现代宇宙学中最重要的问题之一,因为它提供了有价值的宇宙学信息。然而,随着CMB实验灵敏度的增加,CMB功率谱的准确估计面临许多挑战。此外,对于偏振实验,测量的精度由于偏振信号与测量的总强度相比非常微弱的事实而复杂化,并且在存在高水平系统学的情况下可能不可能检测到。光束的不对称性是导致CMB偏振实验误差的重要原因之一。对于大数据量的CMB偏振功率谱估计,标准的最佳极大似然(ML)是禁止的高分辨率CMB实验由于巨大的计算时间所需的。在本文中,我们提出了一个半解析的框架,使用伪$C_{l}$估计计算的功率谱TE的温度各向异性和E分量的偏振辐射场使用非圆光束。我们采用了一个模型的光束,从周围的一个圆形(轴对称)在谐波空间中的光束微扰膨胀,并计算得到的偏置矩阵,它涉及到真正的功率谱与所观察到的一个快速计算的有效算法。我们表明,对于一个多极$l_{max}=500$,偏置矩阵可以计算在不到一秒的时间与一个单一的CPU处理器在2.53 GHz。我们发现,在偏置矩阵的峰值处的偏振功率谱的WMAP和普朗克实验的光束不对称性引起的不确定性可以高达几个10至20%(上限为普朗克LFI 30 GHz)
2013-09-18 astro-ph.CO
Removing beam asymmetry bias in precision CMB temperature and polarisation experiments
非对称光束可以在CMB实验的功率谱估计中产生显著的偏差。由于温度功率谱比B模式功率谱强许多数量级,因此必须小心地控制和/或消除将两者耦合的任何系统误差。在这里,我们推导出无偏估计的CMB温度和偏振功率谱考虑到一般的光束和一般的扫描策略。不对称光束的一个简单结果是,即使采用在每个方向上看到每个天空像素的理想扫描策略,如果光束不对称的方向与共偏振的方向不对准,则将存在从温度功率到B模式功率的残余耦合。我们测试我们的校正算法模拟两个温度只有实验,并证明它是无偏的。模拟实验使用逼真的扫描策略,噪声水平和高度不对称的光束。我们还开发了一个地图制作算法,能够消除光束不对称偏置在地图的水平。我们证明了它的实施使用模拟和表明,它是能够准确地校正温度和偏振图的所有影响的光束不对称性,包括温度的影响,偏振泄漏。
2015-03-16 astro-ph.CO
Revealing Non-circular beam effect in WMAP-7 CMB maps with BipoSH measures of Statistical Isotropy
在当前的宇宙微波背景(CMB)实验中,仪器光束不可避免地偏离圆对称性,这对从高灵敏度和高分辨率的CMB测量中获得高精度的推论提出了重大挑战。我们提出的分析结果,验证了数值模拟,宇宙信号的CMB地图,尊重基本的统计各向同性(SI)对称性,测量仪器,有轻度非圆形(NC)光束,然而,表现出SI违反。此外,我们表明,适当的可观察的措施内构建的双极球谐(BipoSH)表示SI违反捕捉微妙的NC束的影响,再加上仪器的扫描策略。伴随着他们最新的7年数据发布,WMAP团队在实验的“W”和“V”波段公布了非零BipoSH光谱A^{20}_{l-2 l}和A^{20}_{l-2 l}的非常高的显著性测量。我们提出了一个强有力的情况下,BipoSH测量主要是由四极(m=2)的NC-光束,b_{l2},相应的通道的组件解释。事实上,微妙的非圆度水平,例如,WMAP波束|b_{l2}|/ b_{l0} < 0.01,导致可测量的BipoSH光谱指向BipoSH表示的巨大前景和潜力。这项工作的关键结果是,使用BipoSH测量,它是可能的,以估计一个等效的单次击中,“平行传输”的有效NC光束,匹配的角功率谱和非零BipoSH测量的观察到的地图。因此,BipoSH分析提供了用NC束制作的CMB图的非常简单和有效的表征。(节录)
2013-07-19 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
Application of beam deconvolution technique to power spectrum estimation for CMB measurements
提出了两种新的方法来估计宇宙微波背景(CMB)各向异性的角功率谱。我们假设一个绝对的CMB实验与任意的非对称光束和任意的天空覆盖。这些方法与早期的方法不同之处在于,功率谱是直接从时间顺序数据中估计的,而不是首先将数据压缩到天空图中,并且它们考虑了非对称波束的影响。特别是,他们纠正了从温度到极化的光束引起的泄漏。该方法适用于天空的一部分已被掩盖,以消除前景污染的情况下,留下一个纯CMB信号,但不完整的天空覆盖。第一种方法(DQML)是作为最优的二次估计,它同时产生一个无偏的谱估计,并使其方差最小化。我们成功地将其应用到多极$\ell$ =200。第二种方法是从第一种方法推导出来的弱信号近似。它产生了一个无偏估计的完整多极范围,但放宽了最小方差的要求。我们验证了{ \tt普朗克}测量仪的70 GHz信道的模拟的方法,并表明,我们能够纠正的$TT$,$EE$,$BB$,和$TE$谱多极$\ell$ =1500的光束效应。这两种方法一起覆盖了整个多极范围,两者之间没有差距。
2017-01-05 astro-ph.CO
The CMB Derivatives of Planck's Beam Asymmetry
我们研究了宇宙微波背景普朗克图中由于束流不对称性和不均匀扫描策略的耦合而产生的各向异性。引入基于温度梯度的像素空间估计器,我们发现这些点沿着黄道纬度的高度显著(~20 σ)偏好。我们研究了这种各向异性的尺度依赖性,形态学和前景敏感性,以及详细的普朗克模拟再现效果的能力,这是至关重要的去除,因为我们证明在寻找宇宙缺陷的弱透镜签名。
2014-07-16 astro-ph.CO
Fast Pixel Space Convolution for CMB Surveys with Asymmetric Beams and Complex Scan Strategies: FEBeCoP
精确测量宇宙微波背景(CMB)温度和偏振各向异性的角功率谱可以严格约束许多宇宙学模型和参数。然而,只有在考虑到所有主要系统效应的情况下,才能在实践中实现准确的测量。束流的不对称性,加上扫描策略,是一个主要的来源,系统误差在扫描CMB实验,如普朗克,我们目前感兴趣的焦点。我们设想蒙特卡罗方法,严格研究和占系统的影响梁在CMB分析。为了实现这一目标,我们已经开发了一种快速的像素空间卷积方法,可以模拟由扫描仪器观察到的天空地图,考虑到真实的光束形状和扫描策略。其实质是使用我们为普朗克任务开发的计算机代码“像素空间快速有效光束卷积”(FEBeCoP)来预先计算“有效光束”。该代码计算有效波束给出了普朗克仪器的焦平面波束特性和实际卫星指向的完整历史,并使用有效波束对天空信号进行非常快速的卷积。在本文中,我们描述的算法和计算方案,已实施。我们还概述了有效束在普朗克数据精确分析、表征宇宙微波背景各向异性以及检测和测量点源特性中的一些应用。
2010-12-22 astro-ph.CO gr-qc
Beam profile sensitivity of the WMAP CMB power spectrum
利用已发表的WMAP 5年的数据,我们首先表明如何敏感的WMAP功率谱的WMAP波束的形式。众所周知,从对木星的观测中得出的光束轮廓是非高斯的,并且确实在W波段中延伸,例如,远远超过其12。6 FWHM核心向外延伸到半径大于1度。这意味着,即使芯宽度对应于波数1 \approx 1800,波束的形式仍然显著影响WMAP结果,即使在1 \approx 200处,其是第一声峰的尺度。在第一峰值的尺度下,束卷积的C_1和最终C_1之间的差为\approx 70%,在第二峰值的尺度下上升到\approx 400%。根据对WMAP 5射电源目录和温度图的叠加分析,提出了Q、V和W波段波束剖面的新估计。在10 '-30'的尺度上,射电源显示出比WMAP小组发现的更宽的射束剖面(3-4σ),WMAP小组的射束分析是基于木星的测量。超过这些尺度,来自射电源的波束轮廓太嘈杂,无法提供有用的信息。此外,我们发现WMAP和ATCA/IRAM 95 GHz源通量之间的非线性关系的初步证据。我们讨论了宽波束剖面是否可能是由射电源扩展或集群造成的,发现这两种解释都不太可能。我们还反对爱丁顿偏见影响我们结果的可能性。因此,射电源和木星光束轮廓之间差异的原因仍然不清楚。如果无线电源轮廓然后被用于定义WMAP波束,则甚至第一声峰的幅度和位置也可能发生显著变化。因此,重要的是要确定这两个光束轮廓估计之间的差异的原因。
2010-06-08 astro-ph.CO astro-ph.IM
Optical Characterization of the BICEP3 CMB Polarimeter at the South Pole
BICEP 3是一个小口径折射宇宙微波背景(CMB)望远镜,旨在制作敏感的偏振图,以追踪来自暴胀引力波的潜在B模式信号。这是BICEP/Keck阵列系列CMB在南极进行的最新实验,该实验提供了迄今为止最严格的通货膨胀限制。在2016年的观测季节,BICEP 3配备了一套完整的2400个光耦合探测器,工作频率为95 GHz。在这些会议记录中,我们使用2015-2016年夏季部署季节现场使用热斩波源采集的校准数据报告了远场波束性能。我们生成高保真度的每个检测器的光束图,显示阵列平均光束轮廓,并表征位于同一位置的正交偏振检测器之间的差分光束响应,这有助于领先的仪器系统对差分实验。我们发现,差分指向,波束宽度和椭圆率的水平是类似或低于BICEP 2和凯克阵列测量。BICEP 3的差分光束失配的幅度和分布-以及温度-偏振泄漏在分析中可能被边缘化或减去的水平-将为具有数千个探测器的下一代CMB实验的设计提供信息。
2016-07-15 astro-ph.CO astro-ph.IM
QuickPol: Fast calculation of effective beam matrices for CMB polarization
目前和计划中的宇宙微波背景(CMB)偏振各向异性观测,随着探测器数量的不断增加,已经达到了一个潜在的精度,需要非常严格的控制系统的影响。虽然这些系统中的一些可以在工具的设计中减少,但其他系统必须建模,并希望在事后进行解释或纠正。我们提出了QuickPol,一个快速和准确的计算的全部有效的光束传递函数和温度的偏振泄漏在功率谱水平,引起的光束缺陷和检测器的光学和电子响应之间的失配。所有的观察细节,如精确的扫描策略,不完善的偏振测量,并标记的样本占。我们的结果验证了普朗克高频仪器(HFI)的模拟。我们展示了如何管道可用于传播仪器的不确定性,最终的科学产品,并可应用于旋转半波片的实验。
2016-11-04 astro-ph.CO
The Crab Nebula as a Calibrator for wide-beam Cosmic Microwave Background polarization surveys
我们分析了偏振漫发射在宽光束毫米波偏振仪校准中的作用,当使用蟹状星云作为偏振亮度和偏振角的参考源时。我们表明,CMB偏振实验的目的是检测B-模式的情况下,张量标量比$r \sim 0.001$,宽(直径几度),精确($σ_Q$,$σ_U$ $\sim$ 20 $μ$ $K_{CMB}$ arcmin),高角分辨率($< \mathrm{FWHM}$)的参考地图需要适当地考虑到扩散偏振发射的影响,并避免显着的偏差校准。
2021-06-09 astro-ph.CO astro-ph.IM
CMB Polarization Systematics Due to Beam Asymmetry: Impact on Cosmological Birefringence
标准宇宙学模型被假定为尊重宇称对称性。在这种假设下,CMB的温度各向异性和“梯度”状偏振的互相关,与“卷曲”状偏振相同地消失在整个天空。然而,扩展的标准模型,允许光标量场或轴子耦合到电磁场,或耦合到黎曼重力场强度,以及其他修改的场论,可能会导致旋转的宇宙学尺度上的CMB偏振平面,并表现为非零TB和EB互相关。最近,宇称违反的程度(反映在偏振旋转)的限制使用的数据从BOOMERANG,WMAP和QUAD。预测已经作出了不久的将来的实验(如普朗克),以进一步限制宇称和洛伦兹违反条款的基本相互作用的性质。在这里,我们考虑一个现实世界的影响引起的一类望远镜光束系统,可以模仿偏振平面的旋转或以其他方式诱导非零TB和EB相关。特别是,采用的观点,即未来实验的主要目标将是通货膨胀的B模式信号,我们假设即将到来的普朗克和POLARBEAR实验的光束系统学朝着这个目标进行了优化,并探讨了光束系统学的允许水平对偏振旋转测量的精度的影响。
2009-05-07 astro-ph.CO
The effect of a scanning flat fold mirror on a CMB B-mode experiment
本文研究了在CMB B模实验中使用平折光束控制镜的可能性。发现铝平折镜增加了$\sim$ 0.075%的偏振,其以扫描同步方式变化。时域模拟的一个现实的扫描模式进行,和功率谱上的效果说明和可能的方法的校正应用。
2011-05-17 astro-ph.CO astro-ph.IM
Statistical isotropy violation in WMAP CMB maps resulting from non-circular beams
宇宙微波背景(CMB)起伏的统计各向同性(SI)是验证宇宙学标准模型中宇宙学原理的重要观测检验。虽然SI破坏的检测将产生巨大的宇宙学后果,但重要的是要认识到它们可能起源于观测的系统效应。WMAP七年(WMAP-7)发布声称双极球谐(BipoSH)系数$A_{ll}^{20}$和$A_{l-2l}^{20}$与SI存在显著偏差。在这里,我们提出了第一个明确的再现WMAP-7中报告的测量,确认单独的光束系统学可以完全解释测量的SI违规。WMAP-7的论文本身和其他作者都提到了这种系统起源的可能性,但没有明确地解释它。我们使用实际的WMAP非圆波束和扫描策略来模拟CMB映射。我们从这些图中估计的BipoSH光谱与WMAP-7结果非常匹配。同样明显的是,只有非常仔细和足够详细的建模,如这里所进行的,才能最终确定整个信号来自非圆形光束效应。这一点很重要,因为宇宙SI违规信号预计是微妙的,并驳回了一个大的SI违规信号作为基于简单化的可解释性参数的观测伪影运行的严重风险“扔婴儿与洗澡水”。
2016-06-22 astro-ph.CO
Validating a main beam treatment of parametric, pixel-based component separation in the context of CMB observations
本研究在CMB观测的参数化成分分离中实现主波束校正,无需预处理即可适配不同频率波束,经模拟验证能以接近最优噪声重建更高分辨率CMB图,保留像素域优势且可处理空间平稳噪声相关性。
2025-05-16 astro-ph.CO
Dipole leakage and low CMB multipoles
对WMAP-7的大量研究表明,CMB功率谱中低多极子处的功率低于理论预测值。这些低多极子的取向之间的角度相关性也被发现。虽然这些观测可能有宇宙学的分支,重要的是要调查可能的观测文物,可以模仿他们。由于CMB实验的非圆形光束,比四极高近550倍的CMB偶极子可以泄漏到更高的多极子。本文提出了一种分析方法,并进行了模拟研究的非圆形束的功率泄漏从偶极子的效果。已经表明,由于非圆形光束,来自偶极子的小但不可忽略的功率可以转移到四极和更高的多极。对普朗克扫描策略进行了模拟,并给出了WMAP与普朗克扫描策略的比较结果。
2012-09-28 astro-ph.CO
Sparse component separation for accurate CMB map estimation
宇宙微波背景辐射(CMB)是宇宙学家研究宇宙诞生的重要基础。不幸的是,大多数CMB实验,如COBE、WMAP或普朗克,都不能直接测量宇宙学信号; CMB与星系前景和点源混在一起。为了科学利用,测量CMB需要从多波长观测中提取几种不同的天体物理成分(CMB,Sunyaev-Zel'dovich星团,星系尘埃)。从数学上讲,从银河系前景中解开CMB地图的问题相当于一个分量或源分离问题。在CMB研究领域,已经应用了非常广泛的源分离方法,这些方法在对数据建模的方式和分离组分所依赖的标准方面彼此不同。两个主要的困难是i)仪器的光束在不同频率上变化,ii)大多数天体物理成分的发射规律在不同像素上变化。本文的目的是介绍一个非常准确的建模CMB数据,稀疏的基础上,占跨频率的光束变化以及空间变化的组件的光谱特性。基于这种新的稀疏建模的数据,一个基于稀疏性的成分分离方法创造了本地广义形态成分分析(L-GMCA)。用模拟的普朗克数据进行了大量的数值试验。这些实验显示了所提出的组分分离方法在估计具有非常低的前景污染的干净CMB图方面的高效率,这使得L-GMCA成为CMB研究的主要兴趣。
2012-06-08 astro-ph.CO astro-ph.IM stat.AP
Systematic Effects in Interferometric Observations of the CMB Polarization
对极化宇宙微波背景(CMB)信号的原始$B$模谱的探测可以提供暴胀的探测。然而,观测这样微弱的信号需要很好地控制系统误差。干涉测量被证明是克服这种挑战的一种有前途的方法。在本文中,我们提出了一个完整的模拟管道的干涉观测CMB偏振,包括系统误差。我们采用两种不同的方法来获得模拟观测产生的模拟数据的功率谱:最大似然法和吉布斯抽样的方法。我们表明,这两种方法的结果是一致的,以及,在一个因素的6,与分析估计。几类系统误差被认为是:仪器误差,包括天线增益和天线耦合误差,和波束误差,包括天线指向误差,波束交叉极化和波束形状(和大小)的错误。为了在10%的容差水平内恢复张量与标量比$r$,这确保实验足够灵敏以在多极范围$28 < \ell < 384$中的$r=0.01$处检测$B$ -信号,我们发现,对于类Qubic实验,高斯分布的系统误差必须以天线增益的$|g_{rms}| = 0.1$、天线耦合的$|ε_{rms}| = 5 \times 10^{-4}$、指向的$δ_{rms} \approx 0.7^\circ$、用于波束形状的$ζ_{rms} \approx 0.7^\circ$和用于波束交叉偏振的$μ_{rms} = 5 \times 10^{-4}$。
2013-02-26 astro-ph.CO
The effect of asymmetric beams in the Wilkinson Microwave Anisotropy Probe experiment
我们生成的CMB温度场的模拟所观察到的WMAP卫星,考虑到详细的形状的不对称光束和扫描策略的实验,并使用这些重新估计的WMAP光束传递函数。这种方法避免了像基线WMAP方法那样人工对称波束的需要,而是通过直接模拟来测量总卷积效应。我们发现,相对于标称传递函数,只有很小的差异,通常小于1%的地方,并小于0.5%,在l<400。对CMB功率谱的净影响小于0.6%。对所有考虑的宇宙学参数的影响是可以忽略的。例如,我们发现,考虑到光束的不对称性后的标量扰动的光谱指数为n_s = 0.964 +- 0.014,对应于-0.1 σ的负位移相比,以前发布的WMAP结果。我们的CMB天空模拟是公开的,并可用于一般的非对称光束的WMAP数据的影响研究。
2012-02-01 astro-ph.CO
Testing the WMAP cosmology via Planck radio catalogues
支持标准LCDM宇宙学模型的主要证据是WMAP和其他微波实验观测到的CMB功率谱。但是Sawangwit和Shanks(2010)最近表明,WMAP CMB功率谱对WMAP望远镜的光束轮廓高度敏感。在这里,我们使用的源目录从普朗克早期数据发布进一步测试的WMAP光束轮廓。我们确认,在Q,V,特别是在W堆叠的光束轮廓出现比预期的更宽时,木星光束相比,规范化直接的射电源配置文件或使用普朗克通量。基于WMAP-CMB自由源目录和NVSS源的计算也得到了同样的结果。我们的光束轮廓测量的准确性得到了CMB天空模拟分析的支持。然而,来自WMAP 7的W波段的波束轮廓比先前在WMAP 5数据中发现的要窄,并且WMAP波束的抑制现在仅在~3sigma水平。我们还发现,WMAP源通量表现出可能的非线性与普朗克通量。但是,包括Weiland等人(2011)明亮源的地基和普朗克数据可能表明,这种差异是线性偏移而不是非线性。此外,我们还发现Planck观测到的~151个星系团的Sunyaev-Zel'dovich(SZ)叠加衰减与WMAP数据一致。我们发现,没有证据表明WMAP SZ赤字,如先前报道的。在昏迷的特殊情况下,我们发现的证据存在一个~0.1mK的向下CMB波动。我们的结论是,光束轮廓系统学可以有显着的影响的幅度和位置的声学峰,具有潜在的重要意义的宇宙学参数拟合。
2013-02-11 astro-ph.CO
Calibration Measurements of the BICEP3 and BICEP Array CMB Polarimeters from 2017 to 2024
本研究详细介绍了BICEP3和BICEP Array CMB偏振计在2017至2024年间的波束校准测量,包括主波束、偏振响应和旁瓣测绘,以控制仪器系统误差并指导未来接收器设计。
2024-09-24 astro-ph.CO astro-ph.IM
Analysis of Temperature-to-Polarization Leakage in BICEP3 and Keck CMB Data from 2016 to 2018
BICEP/Keck阵列实验是一系列小孔径折射望远镜,从南极观测度尺度的宇宙微波背景偏振,以寻找原始的$B$模式特征。作为一个对差分实验,必须控制的一个重要系统是位于同一位置的正交偏振探测器之间的差分光束响应。我们使用光束响应的高保真原位测量来估计我们最新数据中的温度-偏振(T $\rightarrow$ P)泄漏,包括2016年至2018年的观测。这包括三年的BICEP 3观测在95 GHz,和多频数据从凯克阵列。在这里,我们提出了这些接收器的带平均远场波束图,差分波束失配和剩余波束功率(通过解投影过滤掉领先的差模后)。我们展示了“波束图模拟”的初步结果,它使用这些波束图来观察模拟的温度(没有$Q/U$)天空,以估计我们的真实数据中的T $\rightarrow$ P泄漏。
2021-02-04 astro-ph.CO astro-ph.IM
Optimal bolometer transfer function deconvolution for CMB experiments through maximum likelihood mapmaking
本文提出通过集成最大似然制图同时进行传递函数解卷积和像素化,避免两步法导致的不对称有效光束,使普朗克HFI 143 GHz模拟数据的有效光束椭圆率降低64%、FWHM减小2.3%。
2024-05-13 astro-ph.CO
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
Lambda-CDM and the WMAP power spectrum beam profile sensitivity
我们首先讨论了WMAP CMB功率谱对系统误差的敏感性,通过从WMAP数据计算原始CMB功率谱。我们发现,功率谱是令人惊讶的敏感的WMAP辐射计波束轮廓,甚至在第一个声学峰值的位置上~1度尺度。虽然WMAP波束轮廓的核心在W处只有12.6arcmin的FWHM,但由于旁瓣的存在,波束有一个很长的幂律拖尾,即使在第一个峰值位置也会产生显著的影响。然后,我们测试的形式所使用的WMAP小组是基于木星的观测光束剖面。我们把在WMAP各波段观测到的射电源束剖面进行叠加,发现它们在Q、V、W上的剖面比木星的剖面宽。我们现在已经检查了这不是由于我们的样本中的任何爱丁顿或其他偏差,通过显示当射电源选择在1.4GHz时获得相同的结果,并且当我们的方法在模拟中使用时,我们的方法恢复了木星光束。最后,我们表明,在WMAP光束轮廓的不确定性允许的位置,以及第一个峰值的振幅被改变,以及如何这可以允许更简单的宇宙学比标准的λ-CDM,以适应CMB数据。
2010-06-07 astro-ph.CO
Measuring Planck beams with planets
精确测量宇宙微波背景(CMB)各向异性需要精确的仪器波束知识。我们探讨如何以及普朗克光束将确定从行星的观测,开发技术,也适用于其他实验。我们模拟行星观测与普朗克一样的扫描策略,望远镜光束,噪声和探测器的属性。然后,我们采用参数和非参数技术,重建光束直接从时间顺序的数据。通过对光束形状的忠实参数化,我们可以将某些探测器属性(例如探测器的时间常数)约束到高精度。或者,我们使用正交基分解光束。对于这两种技术,我们的特点与蒙特卡罗实现光束重建的错误。对于一个简化的扫描策略,我们研究的CMB功率谱估计的影响。最后,我们探讨了测量宇宙学参数的后果,重点是原始标量扰动的谱指数n_s。望远镜的光学建模将对功率谱测量的质量产生重要影响。在我们最保守的情况下,除了行星的测量之外,不使用任何关于光学的信息,我们发现木星穿过焦平面的单次凌日将测量对CMB最敏感的100-217 GHz通道的光束窗口函数优于0.3%。用光学建模来约束光束可以导致高得多的质量重建。根据光学模型,光束误差可能对n_s的测量系统有重要贡献。
2010-10-25 astro-ph.CO
Bias-Hardened CMB Lensing with Polarization
偏振数据将很快为测量CMB透镜效应潜力提供最佳途径,尽管它可能对几种仪器效应敏感,包括光束不对称性,偏振角不确定性,天空覆盖范围以及分析选择,如掩蔽。我们推导出“偏置硬化”透镜估计,以减轻这些影响,在一定程度上更大的重建噪声为代价,并测试它们的数值模拟数据。我们发现,屏蔽的平均场偏差是显着的EE二次透镜估计,但偏置硬化估计与滤波技术相结合,可以减轻平均场。另一方面,EB估计不显著地受到来自点源掩蔽和调查窗函数的平均场的影响。然而,来自光束不对称性和偏振角不确定性的污染会对EB估计器产生平均场偏差。这些也可以使用偏置硬化估计器来减轻,与传统方法相比,噪声水平最多降低~ 3倍。
2019-06-07 astro-ph.CO
Quantifying the systematic impact of differential beam response on the BICEP CMB polarization data from 2016 through 2024
Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian(哈佛-史密森天体物理中心);Department of Physics, Harvard University(哈佛大学物理系);School of Physics and Astronomy, Cardiff University(卡迪夫大学物理与天文学院);Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, Stanford University(斯坦福大学卡弗里粒子天体物理与宇宙学研究所);SLAC National Accelerator Laboratory(斯坦福直线加速器中心);Department of Physics and Astronomy, University of British Columbia(不列颠哥伦比亚大学物理与天文系);Department of Physics, California Institute of Technology(加州理工学院物理系);Department of Physics, University of Cincinnati(辛辛那提大学物理系);Department of Physics, Stanford University(斯坦福大学物理系);Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology(加州理工学院喷气推进实验室);Kavli Institute for Cosmological Physics, University of Chicago(芝加哥大学卡弗里宇宙物理学研究所);National Institute of Standards and Technology(美国国家标准与技术研究院);High-Energy Physics Division, Argonne National Laboratory(阿贡国家实验室高能物理部);School of Physics and Astronomy, University of Minnesota(明尼苏达大学物理与天文学院);Service des Basses Températures, Commissariat à l’Énergie Atomique(法国原子能委员会低温服务部门);Faculty of Physical Sciences, University of Iceland(冰岛大学理学院);Department of Physics, University of Illinois at Urbana-Champaign(伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校物理系);Centre for Theoretical Cosmology, DAMTP, University of Cambridge(剑桥大学数学物理与理论宇宙学中心);Kavli Institute for Cosmology Cambridge(剑桥大学卡弗里宇宙学研究所);Department of Physics, Boston University(波士顿大学物理系)
该研究针对2016-2024年BICEP CMB偏振数据,量化差分波束响应的系统影响,通过原位波束测量与模拟优化去投影方法,将BICEP3的等效r泄漏幅度降至(1.12±0.06)×10⁻³并计划扩展去投影基。
2026-08-27 astro-ph.CO astro-ph.IM
Impact of Instrumental Systematics on the CMB Bispectrum
从温度和极化各向异性两个方面研究了仪器系统学对利用宇宙微波背景(CMB)双谱估计原初非高斯性的影响。对于温度系统学,我们考虑增益起伏和光束畸变。对于偏振,我们考虑与已知仪器系统学相关的影响:校准,像素旋转,差分增益,指向和仪器光束的椭圆率。我们认为这些影响在下一个领先的顺序,我们称之为非线性系统的影响。我们发现,如果仪器的响应是线性正比于接收到的CMB强度,那么只有原始CMB双谱的形状,如果有任何,将被扭曲。我们表明,仪器的非线性响应可以在一般情况下导致虚假的非高斯特性的CMB温度和偏振各向异性,即使原始CMB是完全高斯。我们确定的线性和非线性系统学参数的水平,它们不会导致我们的能力,以约束原始的非高斯振幅f_{nl}显着退化。我们发现,非线性系统学比线性系统学在提取原始非高斯性方面可能更令人担忧。特别是因为当前和不久的将来的CMB探头针对CMB功率谱测量进行了优化,而CMB功率谱测量对非线性仪器响应并不特别敏感。我们发现,如果仪器非线性不受专门校准的控制,在相应的非线性出现在CMB偶极测量中之前,有效的局域非高斯性可以达到f_{nl} ~ O(10)。高阶多极子对仪器的非线性更不敏感。
2010-10-10 astro-ph.CO
Disentangling Doppler modulation, aberration and the temperature dipole in the CMB
相对于宇宙微波背景(CMB)静止坐标系作相对运动的观测者对像差和多普勒效应都很敏感。这两种效应在球谐系数中引入相似但不相同的非对角耦合。CMB温度偶极可能具有来自本征分量的额外贡献,这进而产生不同的像差和多普勒耦合。此外,从强度测量到温度的标准转换也引入了伪多普勒耦合。为了了解本征偶极子,因此重要的是以独立的方式测量像差和多普勒耦合,同时还去除来自单位转换的杂散贡献,其与偶极子一起退化。在这里,我们提出了一个管道来测量多普勒和像差信号独立于彼此和偶极子本身。我们还考虑了真实的光束,噪音和面具效果。我们的管道结果独立和无偏估计,其不确定性仅比简单的理论预期大~20%。我们讨论了普朗克2018年每次测量可达到的精度,并预测了西蒙斯天文台和CMB-S4未来的地面实验。为了交叉检查结果和提高鲁棒性,提出了一种替代管道。
2021-07-22 astro-ph.CO astro-ph.IM
BICEP2 / Keck Array XI: Beam Characterization and Temperature-to-Polarization Leakage in the BK15 Dataset
精确测量宇宙微波背景(CMB)偏振需要对仪器系统学的极端控制。在一篇配套论文中,我们介绍了BICEP 2和Keck阵列实验观测到的宇宙学约束,包括2015年观测季节(BK 15),产生了迄今为止最深的CMB偏振图和对张量标量比$σ(r) = 0.020$的统计敏感性。在这项工作中,我们的特点的光束和约束潜在的系统污染的主要光束形状不匹配在三个BK 15频率(95,150和220 GHz)。从2010年到2015年的7,360个不同光束模式的远场图用于测量差分光束参数并预测温度-偏振泄漏对BK 15 B模式图的贡献。在使用BK 15,普朗克和WMAP地图来分离天空分量的多频,多分量似然分析中,我们发现,将这种预测的泄漏添加到模拟中会导致$Δr = 0.0027 \pm 0.0019$的偏差。未来使用更高质量的波束图和改进的技术来检测CMB数据中的这种泄漏的结果将大大减少这种不确定性,从而实现BICEP阵列和其他计划明确探测大场膨胀的实验所需的系统控制水平。
2021-01-06 astro-ph.CO astro-ph.IM
CMB-S4 forecast on the primordial non-Gaussianity parameter of feature models
本文对未来宇宙微波背景第四阶段(CMB-S4)实验的特征模型的原始非高斯参数$f_\text{NL}$进行了预测。Fisher矩阵的双谱估计计算使用噪声协方差预计初步CMB-S4规格,包括西蒙斯天文台。我们引入了一种新的方法,提高了计算的协方差矩阵的正交归一化。最灵敏的CMB-S4实验具有1'束和1 $μK$ -arcmin噪声,与普朗克相比,将产生1.7-2.2倍更严格的约束。在西蒙斯天文台的基线条件下,改进将是普朗克的1.3-1.6倍。我们还深入研究了各种模型和实验参数对预测的影响。来自温度和E-模式偏振的约束,特别是详细的分析,提供了一些洞察到检测的CMB双谱中的振荡功能。
2019-08-30 astro-ph.CO
The Atacama Cosmology Telescope: Beam Measurements and the Microwave Brightness Temperatures of Uranus and Saturn
我们描述了阿塔卡马宇宙望远镜(ACT)的光束轮廓和窗口函数的测量,该望远镜从2007年到2010年使用以148,218和277 GHz为中心的千像素测辐射热计阵列。土星的地图被用来测量每个阵列和每个观测季节的光束形状。径向轮廓变换到傅立叶空间的方式,保留在光束的不确定性的空间相关性,以获得相关的角功率谱分析的窗口函数。几个校正应用到所得到的光束变换,包括从最终CMB勘测图测量的经验校正,以考虑温和的指向变化和对准误差的影响。在每个观测季节定期对天王星进行观测,用来测量大气不透明度的影响,并监测整个季节望远镜焦点的偏差。使用WMAP为基础的校准的ACT地图的CMB黑体,我们得到精确的测量的亮度温度的天王星和土星盘在149和219 GHz的有效频率。对于天王星,我们得到了热力学亮温T_U^{149} = 106.7 \pm 2.2 K和T_U^{219} = 100.1 \pm 3.1 K。对于土星,我们用一个简单的模型模拟了环不透明度和辐射的影响,得到了(未被遮蔽的)盘温度T_S^{149} = 137.3 \pm 3.2 K和T_S^{219} = 137.3 \pm 4.7 K。
2013-03-19 astro-ph.CO astro-ph.IM
Methods for CMB map analysis
本指南为CMB图分析领域新研究者提供常见流程(如掩膜、降分辨率等)的最佳实践,探讨其对功率谱的影响,说明正确执行方式及错误操作的后果。
2024-11-28 astro-ph.CO
An Improved Diffuse Foreground Subtraction by ILC method: CMB Map and Angular Power Spectrum using Planck and WMAP Observations
本文提出了一种改进的谐波空间多相位迭代内线性组合方法,用于从宇宙微波背景(CMB)图中最小化扩散前景。新程序包括两个阶段。在阶段1中,通过在天空的期望部分上的单次迭代中在谐波空间中执行通常的ILC操作来获得漫射前景清洁图。在阶段2中,我们也在谐波空间中使用迭代ILC方法获得最终前景清洁图,然而,现在,在前景最小化的每次迭代期间,在当前迭代中未被清洁的天空的一些区域被阶段1清洁图的对应清洁部分替换。新的ILC方法消除了在旧的和通常的谐波空间迭代ILC方法中不可避免地存在的前景泄漏信号。新的方法是灵活的,以处理输入频率图,无论他们是否最初具有相同的仪器和像素分辨率,通过使他们在分析开始时,一个共同的和最大可能的光束和像素分辨率。这大大减少了数据冗余,从而减少了内存使用和计算成本。在ILC权重计算期间,它避免了通过波束和像素窗口函数对部分天空球谐系数进行去卷积的任何需要,在严格的数学意义上,这对于方位角对称窗口函数来说是没有明确定义的。使用WMAP 9年和Planck-2015公布的频率图,我们获得了一对前景清洁CMB图和CMB角功率谱。我们的功率谱与Planck-2015结果吻合良好,但存在一些差异。最后,我们表明,ILC前景最小化的权重有一个内在的特点,它往往会产生一个统计各向同性的CMB地图以及。
2016-12-11 astro-ph.CO
Rethinking CMB foregrounds: systematic extension of foreground parameterizations
未来对宇宙微波背景(CMB)各向异性和能谱的高灵敏度测量将受到我们对前景的理解和建模的限制。不仅需要收集和组合更多的信息,而且还必须探索与灵敏度的巨大改进相称的前景建模的新方法。在这里,我们研究了空间平均对典型前景成分的光谱形状的不可避免的影响,引入了一种矩方法,它自然地扩展了必须通过测量或理论模型约束来确定的前景参数列表。前景被认为是沿着视线和整个天空的单个发射体积元素的叠加,然后通过仪器光束观察。光束和视线平均值是不可避免的。我们的方法不是假设物理参数分布的特定模型,而是识别每个前景分量的自然新光谱形状,其可以用于提取参数矩(例如,均值、离差、交叉项等)。该方法被示出为叠加的幂律,自由的光谱,灰体和修改的黑体光谱,但可以应用于更复杂的基本光谱能量分布。在这里,我们专注于强度信号,但该方法可以扩展到偏振发射的情况下。平均过程自动产生尺度相关的频谱形状,矩量法可用于在功率谱估计中跨尺度传播所需的信息。该方法不仅限于应用于CMB前景,但也可能是有用的星系团的X射线发射的建模。
2017-08-26 astro-ph.CO
Can modified gravity models reconcile the tension between CMB anisotropy and lensing maps in Planck-like observations?
普朗克2015年的数据似乎有利于CMB光谱中的透镜振幅参数$A_{\rm L}=1.22\pm0.10$的大值。该结果与透镜重建结果$A_{\rm L}^{ϕϕ}=0.95\pm0.04$处于$2σ$张力中。在本文中,我们模拟了几个CMB各向异性和CMB透镜光谱的基础上普朗克-2015最佳拟合宇宙学参数值和普朗克蓝皮书光束和噪声规格。我们分析了几个修改后的重力模型的有效场论框架内对这些模拟,发现模型的有效牛顿常数增强可以调制CMB各向异性谱的方式类似的$A_{\rm L}$参数。然而,为了充分地透镜CMB各向异性,如在普朗克-2015结果中,物质扰动的增长被大大增强,并给出高的$σ_8$值。当将这些数据与其他探测器结合时,这反过来又被证明是有问题的,比如CFHTLenS的弱透镜效应,它有利于较小幅度的物质波动。
2015-02-23 astro-ph.CO gr-qc
Measuring the CMB spectral distortions with COSMO: the multi-mode antenna system
本文介绍了COSMO实验中用于测量宇宙微波背景y型频谱畸变的两个多模天线阵列的设计制造与基模波束测量,验证了多模馈源喇叭在提升灵敏度方面的可行性。
2024-06-13 astro-ph.CO astro-ph.IM
Mitigating Bias in CMB B-modes from Foreground Cleaning Using a Moment Expansion
即将进行的旨在测量膨胀B模式信号的CMB偏振实验面临的主要挑战之一是去除偏振前景。热尘埃前景通常被建模为单个修改的黑体,然而过于简单的前景模型可能会使张量与标量比r的测量产生偏差。随着CMB偏振实验变得越来越敏感,热尘埃排放模型必须考虑到尘埃前景的更大复杂性,同时对光束内尘埃特性的基本分布做出最小假设。我们使用普朗克尘埃温度数据来估计沿视线的尘埃性质的典型变化,并研究这些变化的影响,如果一个单一的修改后的黑体模型的偏差在r。然后,我们评估的时刻方法捕捉空间平均的影响,并减少偏见的张量标量比不同的玩具模型的灰尘排放的能力。我们发现,由于沿视线的温度变化的预期偏差是显着的未来CMB实验的目标灵敏度相比,和使用的矩方法可以减少偏差,以及揭示到尘埃物理参数的分布。
2022-07-26 astro-ph.CO
Null geodesic congruences, gravitational lensing and CMB intensity profile
由于度规扰动改变了光子的角位置,引力透镜对宇宙微波背景温度涨落有一定的修正作用。我们重新考虑这种影响的背景下的测地线偏差扰动的弗里德曼-罗伯逊-沃克(FRW)时空的标量和张量模式。首先,我们给出了一个替代的推导萨克斯-沃尔夫效应使用零测地线方程的解决方案。然后,我们确定了退耦后的光子束所对应的零测地同余的横截面上的二维诱导度规。这种度量,其变化沿同余可以分解为膨胀和剪切,示出产生一个非平凡的强度分布,其特征在于可以由三个变量类似的斯托克斯参数的偏振张量。
2021-01-06 astro-ph.CO gr-qc hep-th
The Impact of Cross-Covariances Between the CMB and Reconstructed Lensing Power
本研究量化了透镜化CMB与重构引力透镜功率间的互协方差对宇宙学参数约束的影响,发现其对6参数ΛCDM模型影响较小,但对部分扩展模型影响可达误差棒的10%以上。
2023-08-22 astro-ph.CO
Likelihood, Fisher information, and systematics of cosmic microwave background experiments
每个实验都会受到系统效应的影响,这些系统效应会妨碍数据分析,并有可能最终降低其性能。在探测宇宙微波背景(CMB)辐射的情况下,需要考虑的最小问题集包括不对称波束功能、相关噪声和不完整的天空覆盖。假设一个简化的扫描策略,允许一个精确的分析处理的问题,我们研究的系统效应的CMB功率谱的似然函数的影响。我们使用的Fisher矩阵,一个数据集的信息含量的措施,不同的实验配置的定量比较。此外,对于不同的功率谱系数,我们直接探索的似然函数的形式,并得到以下结果:似然函数可以偏离高斯分布系统的最高多极值在我们的分析中考虑。正确处理,现实水平的非对称光束功能和相关噪声本身不降低CMB实验的信息产量,也不引起明显的多极之间的耦合。另一方面,掩盖大部分天空会导致似然函数的相关结构变得更加复杂。将相邻的功率谱系数组合到仓中可以部分地缓解这些问题。
2012-05-03 astro-ph.CO
Probing galaxy bias and intergalactic gas pressure with KiDS Galaxies-tSZ-CMB lensing cross-correlations
我们约束的气体压力偏置$\left\langle b_{y} P_{\mathrm{e}}\right\rangle$(偏置加权平均电子压力),这是星系际气体的热力学特征的红移依赖,通过星系位置和热Sunyaev-Zeldovich(tSZ)效应之间的交叉相关性,以及星系的位置和引力透镜的宇宙微波背景(CMB)的组合。星系样本来自Kilo-Degree Survey(KiDS)的第四次数据发布。tSZ $y$图和CMB透镜图分别来自{ \textit{Planck} } 2015年和2018年的数据发布。用$z\lesssim1$在五个红移仓中进行测量。通过这些测量,结合星系tSZ和星系CMB透镜交叉相关,使我们能够打破星系偏差和气体压力偏差之间的简并性,从而同时约束它们。在所有的红移仓中,$\bpe$的最佳拟合值都在$\sim 0.3\, \mathrm{meV/cm^3}$的水平上,并随着红移而略有增加。星系的偏置在所有的红移区间都是一致的。我们的结果是不敏感的非线性细节的互相关,这是平滑的{ \textit{Planck} }梁。我们的测量结果与以前的测量结果以及理论预测一致。我们还表明,我们的结论并没有改变时,CMB透镜被星系透镜,这表明的一致性的两个透镜信号,尽管其根本不同的红移范围。这项研究表明,使用CMB透镜校准星系分布,使星系分布可以作为一个质量代理,而不依赖于精确…
2021-05-18 astro-ph.CO
Probing CMB Secondary Anisotropies through Minkowski Functionals
对宇宙微波背景(CMB)各向异性的次级贡献,如积分萨克斯-沃尔夫(ISW)效应、热Sunyaev-Zel'dovich效应(tSZ)和引力透镜效应,具有独特的非高斯特征,因此完整的描述需要超出其功率谱的信息。在本文中,我们使用最近推出的斜谱与闵可夫斯基泛函(MF)探测CMB映射的拓扑结构,探测作为光束平滑的函数,以分离各种贡献的二次非高斯性。我们设计的估计,这些光谱中存在一个现实的观测面具和目前的表达式作为工具噪声的函数,他们的协方差。具体的结果是来自混合ISW透镜和tSZ透镜双谱以及污染由于点源的噪声水平,对应于普朗克(143 GHz通道)和EPIC(150 GHz通道)的实验。单点广义偏度参数的累积信噪比$S/N$可以达到Planck的${\cal O}(10)$的一个数量级,EPIC的高两个数量级,即${\cal O}(10^3)$。我们还发现,这三个光谱偏谱相关,具有相关系数$r \sim 0.5-1.0$ ;更高的$l$模式更强的相关性。虽然$S/N$的值随着噪声的降低而增加,但是确定MF的偏斜谱的三元组变得更加相关;与频率清洁的tSZ图相比,透镜诱导的偏斜谱的$S/N$比率更小。
2012-07-26 astro-ph.CO
Mitigating point-source contamination in CMB polarization: a Generalized Point Spread Function fitting approach
Key Laboratory of Particle Astrophysics, Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences(高能物理研究所粒子天体物理重点实验室);University of Chinese Academy of Sciences(中国科学院大学)
本文提出了一种广义点扩散函数拟合方法,用于减少CMB偏振中的点源污染,有效降低张量-标量比r的估计偏差。
2026-03-13 astro-ph.CO