Initial deep LOFAR observations of Epoch of Reionization windows: I. The North Celestial Pole
LOFAR再电离时期（EoR）项目的目的是探测红移HI 21 cm信号的光谱起伏。该信号比天体物理前景信号弱几个数量级，因此，为了实现这一点，必须进行很长时间的积分，对台站和电离层进行准确校准，并可靠地消除前景。LOFAR EoR项目的一个预期观测窗口将以北天极（NCP）为中心。我们提出的结果从观察的NCP窗口使用LOFAR高波段天线（HBA）阵列在115 MHz至163 MHz的频率范围。这些数据是在2011年4月LOFAR试运行阶段获得的。我们使用了大约30公里的基线。经过大约3个晚上，每个晚上6个小时的有效整合，我们在NCP窗口中实现了大约100 microJy/PSF的噪声水平。靠近NCP，噪声水平增加到约180 microJy/PSF，主要是由于来自未减去的附近源的额外污染。我们估计，在我们最好的夜晚，我们已经达到了一个噪音水平只有1.4倍以上的热限制所设定的噪音从我们的银河系和接收器。我们的连续图像比以前使用WSRT和GMRT阵列获得的图像深几倍。我们推导出一个分析解释的多余的噪音，我们认为主要是由于在大角度分离的NCP源。
2013-01-11 astro-ph.CO astro-ph.IM
Constraining the epoch of reionization with the variance statistic: simulations of the LOFAR case
几个实验正在进行中，以检测宇宙红移21厘米的信号，从中性氢的再电离时代（EoR）。由于其非常低的信噪比，这些观测旨在通过测量其功率谱来统计检测信号。我们调查的信号方差的提取作为第一步，对检测和约束的全球历史的EoR。信号方差是信号功率谱的积分，并且期望以高显著性来测量。我们证明了这一点，通过模拟和参数估计管道开发的低频阵列（LOFAR）-EoR实验的结果。我们表明，LOFAR应该能够检测到的EoR在600小时的整合使用方差统计。此外，假设参数化，再电离的红移（$z_r$）和持续时间（$Δz$）可以被约束。我们使用$z_r = 7.68$和$Δz = 0.43$的EoR模拟来测试流水线。假设系统误差可以得到充分控制，我们能够检测具有4个标准偏差的显著性的模拟信号，并在600小时内提取EoR参数作为$z_r = 7.72^{+0.37}_{-0.18}$和$Δz = 0.53^{+0.12}_{-0.23}$。我们进一步表明，EoR参数的检测和约束的意义，可以提高通过互相关连续的红移箱测量信号的互方差。
2014-06-16 astro-ph.CO
Imaging neutral hydrogen on large-scales during the Epoch of Reionization with LOFAR
使用LOFAR、MWA和GMRT等阵列进行的第一代红移21 cm探测实验将具有非常低的每分辨率元件信噪比（\sim 0.2）。此外，虽然宇宙学信号的方差在比电离泡的典型尺寸更大的尺度上减小，但令人生畏的星系前景的方差却增加了，这使得在如此大的尺度上很难将两者分开。一方面，小尺度上的灵敏度差，另一方面，在大尺度上的前景效应，使直接成像的宇宙再电离时代非常困难，因此，信号的检测预计是statistical.Despite这些障碍，在本文中，我们认为，对于许多再电离的情况下，低分辨率的图像可以从预期的数据。这是因为在该过程的后期阶段，人们仍然在IGM中发现非常大的中性区域袋，反映了大尺度结构的聚集，其保持强到\sim 120 Mpc/h（\sim 1度）的尺度。这些尺度上的发射的相干性使我们能够达到足够的S/N（\sim 3），以便获得再电离21 cm图像。这样的图像对于回答许多宇宙学问题将是非常有价值的，但最重要的是，它们将是一个非常强大的工具，可以测试我们对数据中系统学的控制。这种典型规模的存在（\sim 120 Mpc/h）也为设计未来的EoR实验提供了依据，例如，使用SKA，视野至少为4度。
2012-06-12 astro-ph.CO
21-cm Signal from the Epoch of Reionization: A Machine Learning upgrade to Foreground Removal with Gaussian Process Regression
本文提出用变分自编码器在GRIZZLY模拟上训练的核升级高斯过程回归，以更准确地去除LOFAR前景并提取再电离时期21厘米信号，在多数情况下可在2σ不确定度内恢复信号形状与功率，并分析了红移依赖性。
2023-11-29 astro-ph.CO astro-ph.IM
Constraining the intergalactic medium at $z\approx$ 9.1 using LOFAR Epoch of Reionization observations
我们推导出的星系际介质（IGM）的热态和电离态在红移$\approx$ 9.1使用新的上限21厘米的功率谱测量的LOFAR射电望远镜和电离分数在红移估计从最近的宇宙微波背景（CMB）观测之前的限制。我们已经使用的再电离模拟代码GRIZZLY和贝叶斯推理框架的结果来约束的参数描述的IGM的物理状态。我们发现，如果气体加热仍然可以忽略不计，IGM与电离分数$\gtrsim 0.13$和分布的电离区域的特征尺寸$\gtrsim 8 ~h^{-1}$共同megaparsec（Mpc）和半高宽（FWHM）$\gtrsim 16 ~h^{-1}$ Mpc被排除。对于具有均匀自旋温度$T_{\rm S} \gtrsim 3$ K的IGM，不能计算对电离分量的约束。如果信号的大尺度波动是由自旋温度波动驱动的，则排除具有温度大于CMB的加热区域的体积分数$\lesssim 0.34$、平均气体温度7-160 K以及特征尺寸为3.5-70 $h^{-1}$ Mpc且FWHM为$\lesssim 110$ $h^{-1}$ Mpc的加热区域分布的IGM。这些制约因素在95%的可信区间内。随着未来LOFAR在多个红移处的上限更加严格，约束将变得更加严格，并将排除越来越大的参数空间区域。
2020-02-17 astro-ph.CO astro-ph.GA
Prospects for detecting the 21cm forest from the diffuse intergalactic medium with LOFAR
本文讨论了用射电望远镜LOFAR探测弥散IGM中21 cm森林的可行性。利用再电离的模拟，包括电离光子的详细辐射转移，导出了21厘米谱线的光学深度。我们发现，具有相似的总同动氢电离发射率但频率分布不同的再电离模型的光谱看起来非常相似。因此，除非再电离历史彼此非常不同（例如，紫外线加热与X射线加热的优势），否则我们不希望通过对21厘米森林的观测来区分它们。由于强X射线背景的存在会使21厘米线吸收的检测变得不可能，因此吸收的缺乏可以用作X射线背景的存在/强度和宇宙热历史的探测器。沿着随机视线，LOFAR可以检测到来自z>12的光谱的全局抑制，此时IGM仍然大部分是中性和冷的，与在较低红移处可见的更明确的吸收特征形成对比。沿着优先视线，在z~7处也可以检测到与稀有的高密度气体袋相关联的尖锐的强吸收特征。
2012-10-04 astro-ph.CO
Reionization and Beyond: detecting the peaks of the cosmological 21cm signal
宇宙学21厘米信号将成为早期宇宙最强大的探测器，第一代干涉仪旨在对再电离进行统计检测。当星系际介质被早期的X射线背景加热时，人们对再电离前时期的兴趣也越来越大。在这里，我们进行参数研究不同的晕质量托管星系，和他们的X射线生产效率。我们也将这些与热暗物质宇宙学的流行模型联系起来。对于每个参数组合，我们计算大尺度的信噪比（S/N）（k~0.1/Mpc）21 cm功率，用于再电离和X射线加热，使用几种仪器进行2000小时观测：128瓦Murchison宽场阵列（MWA 128 T），256瓦扩展（MWA 256 T），低频阵列（LOFAR），128元探测再电离时代精密阵列（PAPER）和第二代平方公里阵列（SKA）。我们表明，X射线加热和再电离在许多情况下是可比的可探测性。对于基准天体物理参数，MWA 128 T可能会探测到X射线加热，这要归功于其扩展的带通。当涉及到再电离时，MWA 128 T和PAPER也只能实现边缘检测，除非可以减轻更大规模的前景。另一方面，LOFAR应该检测到S/N > 10的再电离的合理模型。SKA将很容易地探测到X射线加热和再电离。
2014-04-05 astro-ph.CO
Deeper multi-redshift upper limits on the Epoch of Reionization 21-cm signal power spectrum from LOFAR between z=8.3 and z=10.1
本研究通过改进校准、RFI抑制及机器学习信号分离等方法，利用LOFAR重处理数据得到z≈8.3-10.1处EoR 21厘米功率谱新上限，较此前提升2-4倍，为研究再电离时代天体物理过程提供了更严格的约束。
2025-04-22 astro-ph.CO
A numerical study of 21-cm signal suppression and noise increase in direction-dependent calibration of LOFAR data
我们调查的背景下，低频阵列（LOFAR）21厘米的再电离（EoR）实验的方向相关的增益校准的系统效果。LOFAR EoR关键科学项目旨在探测$50-250 λ$干涉基线上中性氢的21厘米信号。我们表明，微弱的信号的抑制可以有效地避免校准这些短基线只使用较长的基线。然而，由于在校准期间过拟合引起的小增益误差，这种方法导致短基线上的过度方差。我们应用一个正则化的期望最大化算法与共识优化（sagecal-co）的真实数据与模拟信号，表明过拟合可以在很大程度上减轻惩罚频谱非平滑增益解决方案在校准过程中。这在模拟中以大约4倍的系数减少了多余的功率。我们的研究结果与早期的偏置方差权衡的理论分析一致，并支持LOFAR 21厘米信号数据的增益校准方法。
2021-11-03 astro-ph.CO astro-ph.IM
Predictions for the 21cm-galaxy cross-power spectrum observable with LOFAR and Subaru
21 cm-星系互功率谱有望成为再电离时代（EoR）的一个有前途的探测器，因为它可以提供关于再电离过程和不同红移下电离区典型尺度的信息。随着即将到来的观测21厘米发射从EoR与低频阵列（LOFAR），和高红移Lyalpha发射器（LAEs）与斯巴鲁的Hyper Suprime Cam（HSC），我们调查了这种交叉功率谱的可观测性与这两个仪器，这都是计划观察ELAIS-N1场在z=6.6。本文采用N体+辐射转移（包括连续辐射和Lyalpha辐射）的方法，计算了红移为6.68，7.06和7.3的三维21 cm星系互功率谱，并预测了LOFAR和HSC观测到的二维21 cm星系互功率谱。一旦考虑了噪声和投影效应，我们对21厘米星系互功率谱的预测在大于~ 60 h $^{-1}$ Mpc（对应于k ~ 0.1 h Mpc $^{-1}$）的尺度上显示出明显的反相关性，在z=6.6时p=0.04，在z=7.3时p=0.048。相反，在较小的尺度上，信号完全被污染了。
2015-09-11 astro-ph.CO
Cross-correlation of the cosmic 21-cm signal and Lyman Alpha Emitters during reionization
对宇宙21厘米信号的干涉测量将彻底改变我们对再电离时代（EoR）的理解，最终提供早期宇宙的3D地图。然而，最初的检测将是低信噪比的，受到系统学的限制。为了确认一个假定的21厘米探测，并检查21厘米数据分析管道的准确性，将其与真正的宇宙学信号进行交叉相关将非常有用。最有希望的宇宙学信号是莱曼α发射星系（LAEs）的宽视场图，预计来自斯巴鲁Hyper-Suprime Cam（HSC）超深场。在这里，我们提出了在z~7的LAE地图和低频阵列（LOFAR）和计划的平方公里阵列阶段1（SKA 1）观察到的21厘米信号之间的相关性的估计。我们采用了一种系统的方法，改变：（一）处方分配LAES主机晕;和（二）中性和电离区（即EoR形态）的大尺度结构。我们发现，LAE-21 cm互相关对（i）不敏感，因此使其成为EoR的鲁棒探测器。在R~3-10 Mpc尺度上，使用LAE-21 cm交叉关联函数，用LOFAR进行1000小时的观测，就足以在大于1个标准差的情况下区分完全电离的宇宙和平均中性分数为xHI~0.50的宇宙。与LOFAR不同，其LAE-21 cm互相关的检测受到噪声的限制，SKA 1主要受到忽略EoR形态的限制。然而，计划中的100小时宽场SKA 1-Low调查将足以区分电离宇宙与xHI~0.25的宇宙，即使是最悲观的假设。
2016-02-15 astro-ph.CO
Simulations of primary beam effects on the cosmic bispectrum phase observed with the Hydrogen Epoch of Reionization Array
中性氢的21~cm跃迁有望成为再电离时代最好的观测探针。测量21厘米信号的主要困难是存在明亮的前景，需要非常精确的干涉校准。闭合量可以规避校准要求，但是可能受到方向相关效应的影响，特别是天线主波束响应。本文研究了互耦对天线主波束闭合相位及其功率谱的影响。我们的模拟表明，受互耦合影响的初级光束导致泄漏的前景功率进入EoR窗口，这可以高达$\sim4$数量级高于没有考虑互耦合的情况。然而，对于包括29 μ m基线的三元组，这种泄漏基本上限于$k < 0.3$ ~ $h$ ~Mpc $^{-1}$。当明亮的前景出现在天线旁瓣中时，泄漏幅度更明显，正如预期的那样。最后，我们发现，包括相互不同的互耦合光束的三元组具有类似于包括相同类型的互耦合光束的三元组的功率谱，这表明三元组（或可见度对）内的光束到光束的变化不是EoR窗口中的前景泄漏的主要来源。
2022-05-19 astro-ph.CO astro-ph.IM
The Necessity of Individually Validated Beam Models for an Interferometric Epoch of Reionization Detection
本文研究MWA非相同波束响应对21厘米EoR功率谱探测的影响，发现单一波束校准会导致前景泄漏超过宇宙学信号1000倍以上，并证明纳入实测形变波束模型可有效抑制泄漏，为EoR探测提供可行校准方案。
2024-09-30 astro-ph.CO astro-ph.IM
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
The spectral evolution of the first galaxies. II. Spectral signatures of Lyman continuum leakage from galaxies in the reionization epoch
从z>6星系逃逸的电离光子的比例（fesc）是评估这些天体在宇宙再电离中的作用时的一个重要参数，但星系际介质的不透明性排除了在这些时期直接测量单个星系的fesc。我们认为，由于fesc调节星云发射对星系光谱的影响，它仍然应该是可能的间接探测fesc以及再电离时代。作为第一步，我们证明，通过结合测量的休息帧的UV斜率β与Hb发射线的等效宽度，具有非常高的莱曼连续逃逸分数（fesc>0.5）的星系应该是可识别的z~9通过光谱与即将到来的詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）。以低红移星系团后面的强透镜星系为目标，可以获得质量足够好的JWST谱，其中M（1500）<-16.0的星系在z~7，M（1500）<-17.5的星系在z~9。尘埃遮蔽的恒星形成可能会使分析复杂化，但ALMA或计划中的SPICA任务的支持观测可能会对这些星系的尘埃性质提供有用的限制。
2013-08-31 astro-ph.CO
Sensitivity for 21cm Bispectrum from Epoch of Reionization
21厘米线亮温带来了关于再电离时代（EoR）和高$z$宇宙（宇宙黎明和黑暗时代）的丰富信息。虽然功率谱是统计地研究EoR信号的有用工具，但是高阶统计（诸如双谱）也是有价值的，因为预期EoR信号是高度非高斯的。本文通过推广功率谱\cite{2006ApJ...653..815M}的形式，发展了一种计算望远镜阵列热噪声双谱的形式。我们应用我们的形式主义正在进行和未来的望远镜，如扩大默奇森宽场阵列（MWA），低频阵列（LOFAR）和平方公里阵列（SKA）。我们发现，扩展MWA没有足够的灵敏度来检测双谱信号。另一方面，LOFAR具有更好的灵敏度，并将能够检测到的双谱的峰值作为红移的函数在大尺度上与共动波数$k \lesssim 0.03 {\rm Mpc}^{-1}$。SKA具有足够的灵敏度来探测更小尺度的双谱$k \lesssim 0.3 {\rm Mpc}^{-1}$和红移$z \lesssim 20$
2015-05-16 astro-ph.CO
The Scale of the Problem : Recovering Images of Reionization with GMCA
如果我们要深入了解一个未探索的宇宙学时代，从再电离时代的红移21厘米发射数据中准确和精确地去除21厘米前景是必不可少的。我们应用非参数技术，广义形态成分分析或GMCA，模拟LOFAR-EoR数据，并表明它有能力清理前景，具有高精度。我们在令人印象深刻的频率和尺度范围内以高精度恢复了21 cm的1D，2D和3D功率谱。我们发现，GMCA保留了21厘米的相位信息，特别是当最小的空间尺度数据被丢弃。虽然它已被证明，LOFAR-EoR图像恢复理论上是可能的，使用图像平滑，我们补充说，小波分解是一种有效的方式恢复21厘米的信号映射到相同或更高的精度与更大的灵活性。通过将GMCA输出残差图（等于噪声、21 cm信号和任何前景拟合误差）与一个频率下的21 cm图进行比较，并丢弃较小的小波尺度信息，我们发现相关系数为0.689，而等效平滑图像的相关系数为0.588。仅考虑中央50%的地图，这些系数分别提高到0.905和0.605，我们得出结论，小波分解是一个更强大的方法去噪重建21厘米的地图比平滑。
2013-01-10 astro-ph.CO
Systematic biases in low frequency radio interferometric data due to calibration: the LOFAR EoR case
中性氢原子21厘米红移谱线是再电离期（EoR）的一个很有前途的探针。然而，它的检测需要彻底了解和控制的系统误差。我们研究了两个系统的偏差，观察到的LOFAR EoR残差数据校准后，减去明亮的离散前景源。第一个效应是扩散前景中的抑制，这可能意味着21 cm信号的抑制。第二个影响是超出热噪声的过量噪声。多余的噪声在小的频率尺度上表现出波动，因此它不能通过前景去除或避免方法容易地去除。我们的分析表明，由于色点扩散函数和电离层闪烁引起的残留源旁瓣不是多余噪声的主要原因。相反，扩散前景的抑制和过量的噪声都可能由于使用主要包含明亮离散源的不完整天空模型进行校准而发生。我们表明，校准只对明亮的来源可能会导致其他信号的抑制，并在数据中引入过量的噪声。抑制和过量噪声的水平取决于未包括在模型中的源的相对通量相对于建模源的通量。我们讨论了可能的解决方案，如只使用长基线校准的干涉仪增益的解决方案，以及同时多频校准以及它们的优点和缺点。
2016-05-24 astro-ph.CO astro-ph.IM
The effect of photon re-scattering due to cosmic reionization on 21-cm images and power spectra
School of Physics and Astronomy, Tel-Aviv University（特拉维夫大学物理与天文学院）；Institute of Astronomy, University of Cambridge（剑桥大学天体研究所）；Kavli Institute for Cosmology（卡弗里宇宙学研究所）
研究了再电离期间和之后21厘米光子重新散射对21厘米图像和功率谱的影响，发现其导致图像波动和功率谱的显著衰减，对理论预测与观测比较具有重要影响。
2026-03-01 astro-ph.CO
The Effects of Polarized Foregrounds on 21cm Epoch of Reionization Power Spectrum Measurements
在探测再电离时期（EoR）的21厘米波段高红移辐射的实验中，前景辐射的污染一直困扰着我们。污染前景的潜在重要来源可能是法拉第旋转的偏振发射，其泄漏到固有非偏振EoR信号的估计中。虽然这些前景的内在偏振可能不会有问题，但法拉第旋转引入的光谱结构可能会有问题。为了更好地理解和表征这些影响，我们提出了一个模拟的极化天空之间的120和180 MHz。我们计算单个可见度，并使用Parsons等人（2012 b）提出的延迟谱方法从可见度估计三维功率谱。使用Donald C。Backer精密阵列探测再电离时代（PAPER）作为一个例子仪器，我们显示出预期的泄漏到非偏振功率谱是几个数量级以上的预期21厘米EoR信号。
2013-06-12 astro-ph.CO astro-ph.IM
The spectral evolution of the first Galaxies. III. Simulated James Webb Space Telescope spectra of reionization-epoch galaxies with Lyman continuum leakage
使用四个不同的宇宙学模拟套件，我们生成合成光谱的星系不同莱曼连续逃逸分数（fesc）在红移z=7-9，在休息帧的波长范围内相关的詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）NIRSpec仪器。通过研究现实的恒星形成历史和金属丰度分布的EW（Hb）-β图（以前提出的一种工具，用于识别星系具有非常高的fesc）的影响，我们发现，这些影响都不可能危及识别极端莱曼连续泄漏的星系。根据我们的模型，我们预计基本上所有z=7-9的星系，其静止坐标系EW（Hb）< 30 μ m，fesc>0.5。关于恒星星族的电离通量或z>6星系的尘埃性质的错误假设原则上会使选择产生偏差，但这种类型的实质性模型缺陷同时也会显示出它们在EW（Hb）-β图中观测到的z>6星系分布与模拟的z>6星系分布之间的偏移。这样的偏移将允许这些观测值的JWST/NIRSpec测量作为进一步模型改进的输入。
2017-01-12 astro-ph.CO astro-ph.GA
Emulation of reionization simulations for Bayesian inference of astrophysics parameters using neural networks
下一代无线电实验，如LOFAR，HERA和SKA，预计将探测再电离时代，并在未来十年内首次直接探测到宇宙21厘米信号。数据量将是巨大的，因此可能会彻底改变我们对早期宇宙和星系形成的理解。然而，再电离时期的数值建模对于贝叶斯参数推断来说可能过于昂贵，并且如何从传入数据中最佳地提取信息目前尚不清楚。用于快速模型评估的仿真技术最近被提出作为绕过昂贵的仿真的一种方式。我们认为使用人工神经网络作为一种盲目的仿真技术。我们研究了训练持续时间和训练集大小对网络预测质量的影响以及参数搜索的最佳拟合值。我们的仿真技术和使用21 CMMC的等效分析之间的直接比较。我们发现我们的网络使用训练集低至100个模型评估，这是在完全数值辐射转移代码的能力良好的预测能力。
2018-01-02 astro-ph.CO
Spectral modelling of Cygnus A between 110 and 250 MHz. Impact on the LOFAR 21-cm signal power spectrum
本文利用LOFAR 110–250 MHz观测数据，通过强制谱方法构建天鹅座A的高分辨率谱模型，并评估其对21厘米信号功率谱的影响，发现柱状功率谱显著改善但球面功率谱改善不显著。
2025-02-25 astro-ph.CO astro-ph.IM
Realistic Simulations of the Galactic Polarized Foreground: Consequences for 21-cm Reionization Detection Experiments
再电离期（EoR）红移21厘米谱线的测量受到强烈的天体物理前景污染、电离层畸变、复杂的仪器响应和其他不同类型噪声（如射频干扰）的挑战。天体物理前景主要是来自我们银河系的弥散同步辐射。在这里，我们提出了一个模拟的银河系发射作为前景模块的LOFAR-EoR关键科学项目端到端的模拟。模拟产生的总强度和偏振强度超过$10^\circ \times 10^\circ$地图的银河系同步辐射和自由-自由发射，包括所有观察到的发射特性：空间波动的幅度和光谱指数的同步辐射，以及法拉第旋转效应。这些模拟的重要性源于这样一个事实，即银河系极化发射可以表现出类似于EoR信号沿频率方向的方式。因此，不适当的仪器校准将导致偏振信号泄漏到总信号中，并掩盖所需的EoR信号。在本文中，我们解决这个问题，第一次通过现实的模拟。
2015-06-10 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
First upper limits on the 21-cm signal power spectrum of neutral hydrogen at $z=9.16$ from the LOFAR 3C196 field
本文首次利用LOFAR 3C196场数据给出z=9.16处21厘米信号功率谱上限，通过宽场天空模型、方向相关校准和ML-GPR前景扣除及偏差校正，获得了比NCP单夜结果低两倍的约束。
2025-04-25 astro-ph.CO astro-ph.IM
Effects of the sources of reionization on 21-cm redshift-space distortions
观测到的再电离时期的21厘米信号将被物质粒子的特殊速度沿着视线扭曲。这些红移空间失真将影响信号的对比度，也将使其各向异性。这种各向异性包含有关物质密度场和中性氢场之间的互相关性的信息，因此可以潜在地用于提取有关再电离源的信息。在本文中，我们研究了一个集合的模拟再电离的情况下，假设不同的模型的再电离源。我们发现，21厘米的各向异性是最好的测量功率谱的四极矩。我们发现，除非再电离源的属性在某种程度上是极端的，四极矩演变非常可预测的全球中性分数的函数。这种可预测性意味着红移空间畸变不是区分再电离源的一个非常敏感的工具。然而，四极矩可以作为一个模型无关的探针约束的再电离历史。我们表明，这样的测量可以在一定程度上通过第一代仪器，如LOFAR，而SKA应该能够测量再电离的历史，使用功率谱的四极矩，以极大的精度。
2015-12-02 astro-ph.CO
Large 21 cm signals from AGN-dominated reionization
我们在这里提出的预测21厘米的亮度温度波动的空间分布，从高动态范围模拟活动星系核为主的再电离的历史，已测试对可用的莱曼α和CMB数据。我们的模型AGN外推所观察到的M-西格玛的关系，高红移，并分配他们的电离发射率与最近的紫外光度函数测量一致。我们正在进行的和即将到来的实验中的再电离的后期阶段的限制，其中氢21厘米的自旋温度显着大于CMB温度的预测空间21厘米波动的可观测性进行评估。与暗星系主导的类似再电离历史相比，我们的活动星系核主导的再电离历史将21 cm辐射的方差增加了10倍，在实验可达到的尺度上（k < 1 h/cMpc），其值接近100 mK^2。这比正在进行的实验所声称的已经达到的灵敏度低了大约两倍或更少。当再电离由活动星系核主导时，21 cm功率谱在所有尺度上由于更大质量晕的聚集的增强的偏置而增强，并且由于更大的特征气泡，大尺度21 cm功率谱中的峰值被强烈增强并移动到更大尺度尺寸.假设成功的前景扣除和仪器校准，LOFAR（以及后来的HERA和SKA 1）在其设计灵敏度下应该很容易检测到AGN主导的再电离。相反，这些可能成为第一个被21厘米实验排除的非平凡的再电离场景，从而限制了活动星系核对再电离的贡献。
2017-05-16 astro-ph.CO
Detectability of 21-cm Power Spectra from the Epoch of Reionization using Modern Radio Telescopes
K. N. Toosi University of Technology（K.N.托伊西理工大学）；University of Massachusetts Dartmouth（马萨诸塞大学达特茅斯分校）
本研究利用HERA、MWA、GMRT、LOFAR四个射电天文台，结合21SSD模拟的45个模型，探究再电离时期21厘米功率谱的探测灵敏度，以约束该时期的天体物理模型。
2026-10-14 astro-ph.CO
Expected constraints on models of the epoch of reionization with the variance and skewness in redshifted 21cm-line fluctuations
星系际介质中性氢的红移21厘米线信号是再电离期的直接探测。在本文中，我们调查的潜在的方差和偏度的概率分布函数的21厘米亮度温度的约束EoR模型。这些统计量很简单，很容易从观测到的可见度计算，因此适合于正在进行的望远镜如默奇森宽场阵列（MWA）和低频阵列（LOFAR）对EoR的早期探索。我们表明，通过执行Fisher分析，在$z=7-9$的方差和偏度是互补的，彼此约束的EoR模型参数，如最低维里温度的光晕主机发光物体，电离效率和平均自由程的电离光子在IGM。在量化上，约束能力高度依赖于前景减法和校准的质量。我们给出了一个最佳情况下的参数的约束估计，忽略系统的热噪声以外。
2016-05-10 astro-ph.CO
Probing delayed-end reionization histories with the 21cm-LAE cross-power spectrum
为了预测21 cm-LAE互功率谱，我们模拟了21 cm信号和LAE在再电离时期的粒子数演化。我们采用高动态范围模拟的IGM创建的模型是一致的，从CMB，莱曼- $α$森林和LAE人口统计的约束。使用这些模型，我们考虑的演变的交叉功率谱的选择现实的再电离的历史和预测的灵敏度，目前和即将到来的调查，以测量这个信号。我们发现，一个延迟结束再电离的印记可以观察到未来的调查，并强烈的约束，可以放在再电离的进展，迟至$z=5.7$使用斯巴鲁SKA调查。我们预测的信噪比实现的组合斯巴鲁/PFS与MWA，LOFAR，HERA和SKA干涉仪的集成时间为1000小时。我们发现，斯巴鲁-SKA调查可以测量交叉功率谱的后期再电离在$z=6.6$与总信噪比大于5，使得有可能约束的时间和气泡大小在再电离结束。此外，我们发现，将目前的斯巴鲁/PFS调查区域和深度扩大三倍将使总信噪比增加一倍。
2020-03-16 astro-ph.CO astro-ph.GA
HI absorption from the epoch of reionization and primordial magnetic fields
我们研究了再电离时期原始磁场对HI吸收的影响。这些磁场的存在导致两种不同的效应：（a）由于双极扩散，磁场的衰减导致晕圈的加热，以及（b）由于磁场引起的额外物质波动导致晕圈数量的增加。我们分析了这两种影响，并表明，后者是潜在的观察，因为沿视线的晕的数量可以增加许多数量级。虽然这种效应在$0.3\hbox{--}0.6$ nG的范围内并不强烈依赖于磁场强度，但对于近无标度模型，它对磁场功率谱指数非常敏感。因此，这种吸收特征的检测可以是原始磁场及其功率谱的灵敏探针。我们讨论了这些功能的可探测性与正在进行的和未来的无线电干涉仪。特别是，我们表明，LOFAR可能能够检测到这些吸收功能在$z \simeq 10$在不到10小时的整合，如果背景源的通量为400毫焦耳。
2014-03-22 astro-ph.CO
Retrieving the 21-cm signal from the Epoch of Reionization with learnt Gaussian process kernels
本研究利用变分自编码器和插值自编码器学习协方差先验，改进高斯过程回归方法，以更有效地从前景和系统效应中提取再电离纪元的21厘米信号，并在有限训练数据下展现出鲁棒性和优越性能。
2023-07-25 astro-ph.CO astro-ph.IM
Ionospheric Attenuation of Polarized Foregrounds in 21 cm Epoch of Reionization Measurements: A Demonstration for the HERA Experiment
具有不是频率的平滑函数的偏振状态的前景对HI再电离时期（EoR）功率谱测量提出了挑战，如果它们没有与期望的Stokes I信号干净地分离的话。天线电磁响应的固有极化杂质限制了天空中极化状态的分量可以彼此分离的程度，导致这种频率结构可能被混淆为HI发射。我们调查法拉第旋转的潜力，地球的电离层提供一种机制，既缓解，系统的测试，这种污染。具体来说，我们考虑延迟功率谱估计，它依赖于前景将被分离的宇宙信号在傅立叶空间中的一个明确划定的边界的期望，并正在使用的氢时代的再电离阵列（HERA）实验。通过模拟的能见度测量，其中包括电离层法拉第旋转计算从真实的历史电离层等离子体密度数据，我们发现，在重复观测的天空的偏振态的非相干平均可以衰减偏振泄漏的功率谱的10倍或更多。此外，该效应提供了一种测试EoR功率谱估计中偏振前景污染的存在的方式。
2018-08-17 astro-ph.CO astro-ph.IM
The Impact of Beam Variations on Power Spectrum Estimation for 21-cm Cosmology I: Simulations of Foreground Contamination for HERA
探测再电离时期（EoR）的宇宙学信号需要高精度的校准，以将宇宙学信号与前景发射分离开来。在无线电干涉测量中，天线元件的扰动初级波束会破坏精确校准，这导致污染圆柱平均功率谱中的无前景区域或EoR窗口。对于氢时代再电离阵列（HERA），我们模拟和表征的扰动初级束流引起的饲料运动，如轴向，横向和倾斜运动，以上的14米盘。为了了解扰动光束的影响，能见度测量建模与两个不同的前景组件，点源和漫射源，我们发现不同的饲料运动呈现出不同的反应，每种类型的天空源。HERA的冗余基线校准在存在非冗余天线波束的情况下，由于馈电运动，在增益解决方案中引入了色误差，这会产生进入EoR窗口的前景功率泄漏。观测到的垂直进给运动的泄漏主要来自天顶周围的点源。此外，所观察到的泄漏从水平和倾斜饲料运动主要来自附近的水平扩散组件。对于具有最小前景偏差的EoR信号的鲁棒检测来说，色增益误差的减轻将是必要的，并且这将在随后的论文中讨论。
2022-10-28 astro-ph.CO astro-ph.IM
New Limits on Polarized Power Spectra at 126 and 164 MHz: Relevance to Epoch of Reionization Measurements
偏振前景发射是测量高红移21 cm HI再电离期涨落功率谱的一个潜在的污染源。使用Donald C。Backer精密阵列探测再电离时期（PAPER），我们提出了在两个频段，以126 MHz为中心的所有四个斯托克斯参数的观测功率谱的限制（$z=10.3$）和164 MHz（$z=7.66$）进行为期三个月的观测活动，部署32个天线，在$z=7.7$（Parsons et al 2014）和$7.5 < z < 10.5$（Jacobs et al 2014）中报告了非偏振功率谱结果。本文中的功率谱的处理方式与那些作品中的相同，并且没有显示出偏振功率的确定性检测。这种未检测到的现象似乎主要是由于电离层旋转测量波动对极化功率的抑制，这强烈影响了斯托克斯Q和U。我们能够证明，在Parsons等人2014年和Jacobs等人2014年报告的限值水平下，极化泄漏的净效应可以忽略不计。
2017-02-07 astro-ph.CO astro-ph.IM
Can 21-cm observations discriminate between high-mass and low-mass galaxies as reionization sources?
通过观察星系在最初的10亿年中对星系际介质的影响来探测第一个星系的前景使我们不禁要问，这种间接观测是否能够诊断出哪些类型的星系是最有可能发生再电离的。为了回答这个问题，我们考虑了一组大规模的再电离辐射转移模拟，这些模拟的体积足够大，可以对可观测到的特征做出有统计意义的预测，同时也可以直接分辨所有原子冷却的晕，直到10^8 M太阳。我们在这里集中在21厘米背景的预测，看看即将到来的观测是否能够区分宇宙电离主要由高质量的晕，其中高质量和低质量的晕负责，并看看这些结果如何取决于不确定的源效率。我们发现，第一代EoR/21厘米射电干涉仪阵列观察到的21厘米波动功率谱应该能够区分由高质量晕单独的情况下，由高质量和低质量晕，在一起。一些再电离方案产生非常相似的功率谱和均方根演变，因此只能区分其不同的平均再电离历史和21厘米PDF分布。我们发现，21厘米PDF分布的偏度平滑LOFAR样窗口显示了一个明确的功能与上升的均方根由于补丁。平均光电离率的测量对所研究区域的平均密度很敏感，因此在某些情况下可能会有很大的偏差。（节略）
2011-07-24 astro-ph.CO
Comparing Foreground Removal Techniques for Recovery of the LOFAR-EoR 21cm Power Spectrum
我们比较了各种前景去除技术，被用来消除明亮的前景在各种实验，旨在检测红移21厘米信号的中性氢再电离时代。在这项工作中，我们测试了去除技术（FastICA，GMCA和GPR）的性能在10个晚上的LOFAR数据，并调查恢复最新上限的21厘米信号的可能性。有趣的是，我们发现GMCA和FastICA重现了最近的2个$σ$上限$Δ^2_{21} <$（73）$^2$ mK $^2$在$k=0.075~ h \mathrm{cMpc}^{-1}$，这是由于应用GPR。我们还发现，FastICA和GMCA开始偏离\textit{k} -规模大于$\sim 0.1 ~h \mathrm{cMpc}^{-1}$的噪声限制。然后，我们通过模拟来复制数据，通过测试它们对各种工具的影响，看看FastICA和GMCA的局限性的来源。我们发现，没有一个单一的仪器效应，如主束效应或模式混合，可以解释较差的恢复FastICA和GMCA在更大的\textit{k}尺度。然后，我们测试FastICA和GMCA的尺度独立性，并发现较低的\textit{k} -尺度可以由较少数量的独立组件建模。对于更大的尺度（$k \gtrsim 0.1~h \mathrm{cMpc}^{-1}$），需要更多的独立分量来适应前景。我们的结论是，目前使用的GPR的LOFAR合作是适当的删除技术。它既稳健又不容易过度拟合，未来对GPR拟合优…
2020-11-02 astro-ph.CO
Cosmological 21cm experiments: Searching for a needle in a haystack
有几个计划和正在进行的实验旨在探索再电离时代（EoR），在此期间，星系际介质中的气体从完全中性到几乎完全电离的关键时期。这些实验将通过中性氢的红移21厘米线探测EoR，使用无线电阵列：例如低频阵列（LOFAR）和Murchinson宽场阵列（MWA）。然而，不幸的是，宇宙学的21厘米信号受到天体物理前景和非天体物理和仪器效应的高度污染。因此，为了可靠地探测宇宙学信号，必须非常好地理解所有数据成分及其对所需信号的影响，并探索EoR的其他补充或确证探针。这些会议记录给出了前景的观测约束的概述，目前的理论努力来模拟前景，并讨论了前景去除的问题。给出了LOFAR-EoR实验的主要结果。
2010-08-25 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Implications of the $z>5$ Lyman-$α$ forest for the 21-cm power spectrum from the epoch of reionization
在过去的几年里，由于发现了具有$z>6$的类星体，我们对红移为$z=5$ - $6$的星系际介质的理解有了相当大的提高，这使得在这些红移处进行莱曼- $α$森林研究成为可能。由此得到的一个认识是，氢的再电离可能比以前认为的要晚得多，因此在IGM中可能存在大量的冷中性氢“岛”，其红移为$z=5$ - $6$。通过使用IGM的辐射转移模拟，我们考虑了这些中性氢岛的存在对21厘米功率谱信号的影响，以及HERA、SKA、LOFAR和MWA等实验对其的潜在探测。与以前的21厘米信号模型相比，我们发现，由于再电离的后期结束，在我们的模拟中，21厘米功率在$z=5$ - $6$的$k\sim 0.1~h/$ cMpc处继续高达$Δ^2_{21}=10~\mathrm{mK}^2$。这个功率谱的值比文献中考虑的这些红移的传统模型高几个数量级。假设前景减影是乐观的，那么HERA和SKA 1-LOW在$\sim 1000$小时内应该可以检测到21厘米功率谱的如此高的值。由于相对较低的天空温度和可能更丰富的多波长数据，这个红移范围也很有吸引力。
2021-08-18 astro-ph.CO
All-sky signals from recombination to reionization with the SKA
宇宙氢含量的宇宙演化，通过重组和再电离的结束，预计将被揭示为微妙的光谱特征，在统一的河外宇宙射电背景。中性氢21厘米自旋翻转跃迁激发温度的红移演化表现为相对于宇宙微波背景的红移发射和吸收。从宇宙黎明和时代的再电离的光谱迹线的精确签名是依赖于恒星和早期星系的第一束缚系统的光谱辐射率，丰度和分布，其中支配的自旋翻转水平人口的演变。当自旋温度偏离周围遗迹宇宙微波背景的温度时，从这些历元红移21厘米，导致在40-200 MHz范围内的全天空光谱结构，几乎完全在SKA低波段内。气体演化的另一个光谱结构是氢和氦复合时期的红移复合线;这一事件产生的弱全天光谱结构最好在SKA-mid的350-3050 MHz波段的上端检测到。SKA干涉仪元件的总功率谱形成了这些来自复合和再电离的微弱信号的测量集;元件间干涉仪vibrations形成了校准集。面临的挑战是在精密偏振校准的元素光谱响应和解决添加剂和不必要的混淆泄漏天空角结构模式到光谱模式。在这里，我们讨论的观测方法和设计要求，使这些全天空SKA测量的宇宙演化的氢。
2015-01-18 astro-ph.CO astro-ph.IM
Degree-Scale Galactic Radio Emission at 122 MHz around the North Celestial Pole with LOFAR-AARTFAAC
目的：来自明亮的弥漫性银河热和非热无线电发射的污染对旨在测量来自宇宙黎明和再电离时代的中性氢的21厘米信号的实验构成了关键挑战。如果不包括在校准中，这种漫发射会严重影响21 cm实验中的分析和信号提取。我们利用AARTFAAC-HBA系统观测了北天极附近122 MHz的大尺度弥散银河辐射。方法：在这个试点项目中，我们提出了有史以来第一个宽视场图像与AARTFAAC-HBA记录的数据的一个单一的子带。我们演示了两种方法：多尺度CLEAN和shapelet分解，模拟图像中显示的漫发射。我们使用角功率谱度量来量化发射的不同成分，并比较两种漫射结构建模方法的性能。结果如下：我们观察到，点源占主导地位的角功率谱（$\ell(\ell+1)C_{\ell}/2π\equiv Δ^2(\ell)$）的排放在现场的尺度$\ell\gtrsim 60$（$\lesssim 3$ ~度）。扣除致密源后的角功率谱在$20\lesssim \ell \lesssim200$范围内是平坦的，表明剩余功率主要由$\ell\lesssim200$尺度上的漫射发射决定。在1 °角标度上，剩余漫辐射在122 MHz处的亮度温度变化为$Δ^2_{\ell=180} = (145.64 \pm 13.61)~{\rm K}^2$，并且在$20\lesssim \ell \lesssim200$范围内符合$C_{\ell…
2022-04-07 astro-ph.CO astro-ph.IM
The status of 21cm interferometric experiments
再电离时代的干涉测量实验提供了测量空间模式中的功率的优点，其具有由多个独立的天空测量提供的增加的灵敏度。在这里，我们回顾了早期的工作，以衡量这个信号，目前的实验，和未来的机会，突出了一路走来，形成了研究领域和实验设计的经验教训。特别是，本章讨论了历史，进展，挑战和预测的探测和探索的21厘米亮度温度信号的空间结构的再电离时代使用干涉实验。我们讨论了GMRT、PAPER、LOFAR、MWA以及未来的HERA和SKA。
2019-09-27 astro-ph.CO astro-ph.IM
Exploring the effect of different cosmologies on the Epoch of Reionization 21-cm signal with POLAR
本文用 GADGET-4 与 POLAR 模拟不同 $H_0$、$σ_8$ 宇宙学下的再电离过程，结合 JWST 紫外光度函数和 LOFAR 红移范围的 21-cm 功率谱，指出现有上限难以排除模型，多观测量联合可增强约束。
2025-08-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
Probing the Epoch of Reionization with Low Frequency Arrays
再电离时代（EoR）是宇宙中氢在“黑暗时代”之后重新出现的时代。这是宇宙中氢所经历的两个主要相变中的第二个，第一个阶段是氢在红移约1100处变成中性的复合时代。EoR发生在z = 10附近，可能是由第一个辐射发射天体物理源引起的，因此它对我们理解宇宙何时以及如何“决定”开始形成天体物理对象以及如何影响宇宙中随后的结构形成至关重要。因此，EoR与宇宙学中的许多基本问题有关，星系形成，类星体和非常贫金属的恒星;所有这些都是现代天体物理学中最重要的研究问题。红移的21 cm超精细谱线被广泛认为是详细研究EoR的最有前途的探针。在不久的将来，一些低频射电望远镜（LOFAR、MWA、GMRT和SKA）将能够观测到来自高红移宇宙的21厘米辐射。在本文中，我提出了我们目前的电离过程的图片，审查21厘米线物理和讨论的挑战，目前的一代实验预计将面临的。最后，我讨论了SKA在探索EoR和宇宙的黑暗时代的潜力。
2010-02-13 astro-ph.CO
Models of the Cosmological 21 cm Signal from the Epoch of Reionization Calibrated with Lyman-alpha and CMB Data
在这里，我们提出了21厘米的预测，从高动态范围模拟的范围内的再电离的历史，已被测试对可用的莱曼α和CMB数据。我们正在进行的和即将到来的实验中的再电离的后期阶段的限制，其中氢自旋温度显着大于CMB温度的预测空间21厘米波动的可观测性进行评估。与现有的莱曼α数据和宇宙微波背景辐射测量的汤姆逊光学厚度一致的模型预测，在红移z=7--10的情况下，21 cm亮温的方差在10--20 mK^2之间，这是正在进行的和即将进行的实验所能达到的尺度（k < 1 h/cMpc）。这仅仅是比正在进行的信号均方根值实验所声称的灵敏度低几个系数。我们的再电离历史的不同模型作出了显着不同的预测红移的演变，从而21厘米功率谱的频率依赖性，并应容易辨别的LOFAR（后来HERA和SKA 1）在其设计灵敏度。我们的模拟有足够的分辨率来评估高密度莱曼极限系统的影响，这些系统可以自我屏蔽电离辐射，即使周围的氢高度电离，也能保持21厘米的亮度。我们的模拟预测，包括在高度电离的区域中的自保护气体的影响，减少了约30%的大规模21厘米的功率。
2016-09-12 astro-ph.CO astro-ph.GA
Probing the intergalactic medium during the Epoch of Reionization using 21-cm signal power spectra
该研究利用数值模拟和八参数模型，从21厘米信号功率谱中提取星系际介质电离状态信息，不依赖源模型，可有效约束再电离场景。
2024-04-17 astro-ph.CO
Simulations of Galactic polarized synchrotron emission for Epoch of Reionization observations
红移宇宙学$21$ ~cm线信号的检测需要去除银河系和河外前景发射，这是在天空中的任何地方明亮的数量级。目前使用的前景清洁方法在去除光谱平滑成分方面是有效的。然而，它们在光谱不平滑的污染物中挣扎，因此，这可能是最危险的污染物。这方面的一个例子是偏振同步辐射，这是法拉第旋转的星际介质和泄漏到总强度由于仪器的缺陷。在这项工作中，我们提出了新的全天空模拟这种偏振同步辐射在$50-200$ ~MHz的范围内，从所观察到的特性，在低频率的扩散偏振发射。公开提供模拟偏振图，旨在提供更真实的模板来模拟仪器泄漏的影响和前景分离技术的有效性。
2018-02-08 astro-ph.CO
Predictions and sensitivity forecasts for reionization-era [C II] line intensity mapping
使用中性氢的21厘米线和来自第一个星系的互补发射线对高红移宇宙进行观测，有望为我们理解再电离时代打开一扇新的大门。我们提出的预测[C II] 158微米线和H I 21厘米发射红移z=6- 9使用高动态范围的宇宙学模拟结合半解析模型。我们发现CONCERTO实验应该能够探测到红移到z=8的[C II]发射的大尺度功率谱（在k = 0.1 h/cMpc时，积分1500 hr，信噪比~ 1）。类似于CCAT-p的第二阶段实验应该能够在类似的积分时间（在k = 0.2 h/cMpc，z=6- 9时，信噪比约为50）下检测到从更高红移到高显著性的[C II]。我们研究了将这种未来的[C II]测量与使用LOFAR和SKA的21 cm测量相结合来测量[C II]-21 cm互功率谱的可能性，并发现第二阶段实验应该能够测量k < 1 h/cMpc的互功率谱，以使信噪比优于10。我们讨论了这种测量的能力，以约束天体物理参数相关的再电离和显示，测量的[C II]-21厘米交叉功率谱有助于打破电离源的质量和亮度之间的简并性。
2019-03-01 astro-ph.CO astro-ph.GA
Improved upper limits on the 21-cm signal power spectrum of neutral hydrogen at $\boldsymbol{z \approx 9.1}$ from LOFAR
一个新的上限上的21厘米信号功率谱的红移为$z \approx 9.1$，根据141小时获得的数据与低频阵列（LOFAR）。该分析包括频谱平滑增益校准，高斯过程回归（GPR）前景缓解和最佳加权功率谱推断的显着改进。以前看到的“多余的功率”，由于在增益解决方案的频谱结构已显着减少，但一些多余的功率仍然存在与热噪声不同的频谱相关性。这种过剩具有$0.25 - 0.45$ \，MHz的光谱相干尺度，并且在夜晚之间部分相关，特别是在前景楔形区域中。覆盖相似的当地恒星时的夜晚之间的相关性更强。发现了在$k = 0.075\,\mathrm{h\,cMpc^{-1}}$时$Δ^2_{21} < (73)^2\,\mathrm{mK^2}$的最佳2- $σ$上限，与先前报道的上限相比，功效提高了一个因子$\approx 8$。剩余的多余功率可能是由于来自源的残余前景发射或远离相位中心的漫射发射、偏振泄漏、色度校准误差、电离层或低水平射频干扰。我们讨论了未来对信号处理链的改进，这些改进可以进一步减少甚至消除这些多余功率的原因。
2020-02-19 astro-ph.CO
Gaussian Process Foreground Subtraction and Power Spectrum Estimation for 21 cm Cosmology
在再电离时代（EoR）实现21厘米强度绘图的科学潜力的主要挑战之一是分离天体物理前景污染。最近的工作声称，高斯过程回归（GPR）可以鲁棒地执行这种分离，特别是在低傅立叶$k$波数的信号达到其峰值信噪比。我们重新审视这一主题铸造GPR前景减法（GPR-FS）到二次估计形式主义，从而把它的统计特性更强的理论基础。我们发现，GPR-FS可以扭曲在这些低k模式的窗口函数，没有适当的去相关，使它难以探测EoR功率谱。顺便说一句，我们还表明，GPR-FS实际上是密切相关的广泛研究的最优二次估计。作为一个案例研究，我们看看最近的功率谱上限从低频阵列（LOFAR），利用GPR-FS。我们密切关注他们的归一化方案，表明它是特别敏感的信号丢失时，EoR协方差被错误估计。这意味着最近对LOFAR极限的天体物理学解释可能产生的后果，因为许多被排除在外的EoR模型不属于LOFAR探索的协方差模型的范围。由于对这种偏差更鲁棒（尽管并非完全没有），我们得出结论，二次估计量是实现GPR-FS和计算21 cm功率谱的更自然的框架。
2020-12-28 astro-ph.CO
The impact of diffuse Galactic emission on direction-independent gain calibration in high-redshift 21 cm observations
Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen（格罗宁根大学卡普坦天文研究所）；INAF – Instituto di Radioastronomia（意大利国家天体物理研究所射电天文研究所）；LUX, Observatoire de Paris, PSL Research University, CNRS, Sorbonne Université（巴黎天文台卢克斯实验室，PSL研究大学，法国国家科学研究中心，索邦大学）；Astron（荷兰射电天文研究所）
本文研究了弥漫银河射电辐射对高红移21厘米观测中方向无关增益校准的影响，发现省略DGE会导致PS中系统偏差，但通过高斯过程回归可缓解。
2025-09-17 astro-ph.CO astro-ph.IM
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
Non-parametric foreground subtraction for 21cm epoch of reionization experiments
从再电离时代（EoR）的红移21厘米发射检测的一个障碍是前景的存在，超过宇宙学信号的强度的数量级。我们认为，在原则上，它会更好地适应前景非参数化-允许数据来确定它们的形状-而不是选择一些功能形式提前，然后拟合其参数。然而，非参数拟合经常遭受其他问题。我们讨论这些之前，提出了一个非参数的方法，WP平滑，这似乎可以避免其中的一些。在概述了Wp平滑的原理之后，我们描述了一种实现Wp平滑的算法，然后将Wp平滑应用于LOFAR EoR实验的合成数据立方体。WP平滑的性能，测量的程度，它是能够恢复的宇宙信号的方差，它避免了从前景的功率泄漏，进行比较的参数拟合，和另一个非参数的方法（平滑样条）。我们发现，WP平滑是优于平滑样条为我们的应用程序，是有竞争力的参数化的方法，即使在后一种情况下，我们可以选择的函数形式的拟合与模拟前景的提前知识。最后，我们讨论了拟合的质量如何受到频率分辨率和范围，宇宙信号的特性和边缘效应的影响。
2009-06-15 astro-ph.CO
Prospects of observing a quasar HII region during the Epoch of Reionization with redshifted 21cm
本文研究了再电离时期（EoR）亮类星体对红移21厘米信号的影响。使用三种不同的宇宙学辐射转移模拟，我们调查类星体是否能够大大改变的H II地区，他们出生的大小和形态。我们选择恒星和类星体光度的方式，有利于看到这样的效果。我们发现，即使是最明亮的类星体模型是无法增加其原生H II区域的大小大大超出了由集群恒星源单独产生的大H II区域。然而，类星体H II区域被发现是更球形的。接下来，我们将探讨通过匹配滤波器技术在低频阵列（LOFAR）的红移21厘米数据中检测H II区域的前景。我们发现，H II区域的半径~ 25共动Mpc或更大，应该有足够高的检测概率为1200小时的集成时间。虽然匹配滤波器可以在原则上区分更多和更少的球形区域，我们发现，当包括现实的系统噪声，这种区别可以不再。强烈的前景被发现不构成匹配滤波器技术的问题。我们还证明，当类星体的位置是已知的，红移21厘米的数据仍然可以用来设置上限的电离光子速率的类星体。如果类星体的位置和光度都是已知的，红移21厘米的数据可以对类星体的寿命设置新的约束。
2012-05-10 astro-ph.CO
