Tomographic Intensity Mapping versus Galaxy Surveys: Observing the Universe in H-alpha emission with new generation instruments
H-α线辐射是探测星系中若干基本量的重要手段,包括星系的数密度、恒星形成率(SFR)和总气体含量。新一代的低分辨率强度测绘探测器,例如SPHEREx和CDIM,将分别从本地宇宙观测大部分天空中H-α发射的星系,直到z ~ 6到10的红移。这也将是高分辨率欧几里德和WFIRST仪器在z ~ 0.7 - 2红移范围内观测的目标线。在本文中,我们估计的强度和功率谱的H-α线在z ~ 0 - 5红移范围内,如果可能的话,观察线光度函数(LF),否则,模拟。我们通过考虑建模的不确定性(例如SFR,灭绝等)来估计我们预测的重要性。和观测污染。我们发现,强度映射(IM)调查可以在z ~ 0.8 - 5之间对完整的H-α发射进行统计检测。此外,我们发现,高频分辨率和灵敏度的计划CDIM调查允许分离的H-α发射从几个插入线。我们探索如何使用这些线强度的组合来探测星系的属性。正如预期的那样,我们的研究表明,星系巡天只能探测到占整体H-α强度百分之几的明亮星系。然而,这些调查将提供重要的限制高端的H-α LF和AGN LF的强有力的约束。
2017-11-27 astro-ph.GA
Intensity Mapping in the Presence of Foregrounds and Correlated Continuum Emission
强度映射作为测量高红移典型星系中星际介质性质的一种方法,引起了人们极大的兴趣。强度映射测量表面亮度的统计数据作为频率的函数,使其不仅对所有感兴趣的线发射敏感,而且对所有其他来源的辐射敏感。在开发拒绝前景污染的方法方面已经做出了重大努力。此外,目标星系有多个发射源,这可能会使线亮度的解释复杂化。我们描述的问题,联合估计相关的连续发射和清洁不相关的连续发射,如从银河系。我们将这些考虑应用于普朗克数据与BOSS类星体的互相关,以确定2 < z < 3.2的CII。强度测绘调查与几个波段有独特的挑战,处理前景和避免偏差相关的连续发射。我们展示了未来的强度映射调查与许多波段可以分离线从连续发射的互相关。
2018-12-15 astro-ph.CO astro-ph.GA
A Foreground Masking Strategy for [CII] Intensity Mapping Experiments Using Galaxies Selected by Stellar Mass and Redshift
当中性星系际介质被第一个星系发出的高能光子电离时,强度测绘提供了一种独特的手段来探测再电离时代(EoR)。[CII] 158 $μ$ m精细结构谱线是典型的恒星形成星系最明亮的发射谱线之一,因此是全球EoR恒星形成活动的有希望的示踪剂。然而,[CII]的强度图在$6 \lesssim z \lesssim 8$污染的插入CO旋转线发射($3 \leq J_{\rm upp} \leq 6$)从较低的红移星系。在这里,我们提出了一个策略,以消除前景污染即将到来的[CII]强度映射实验,指导下的CO排放模型从前景星系。该模型是基于在$z < 3$和恒星质量$M_{*} > 10^{8}\,\rm M_{\rm \odot}$选择的$K$ -波段从COSMOS/UltraVISTA调查,它可以转换为CO线强度的星系的红外总光度的平均值和散射的经验测量。对于层析成像电离碳映射实验(TIME)的模拟场,我们发现掩蔽“体素”(光谱空间元素)包含前景星系确定使用优化的CO通量阈值的结果在$z$依赖的标准$m^{\rm AB}_{\rm K} \lesssim 22$(或$M_{*} \gtrsim 10^{9} \,\rm M_{\rm \odot}$),并使[CII]/CO $_{\rm tot}$功率比为$\gtrsim 10$的$h$ /Mpc,代价是总调查量的适度$\lesssim 8\…
2018-02-19 astro-ph.GA
A partial inventory of observational anisotropies in single-dish line-intensity mapping
线强度映射是对宇宙体积中线强度场的不完全观测,它将受到观测中引入的各种各向异性的影响。现有的文献中的CO和[C II]线强度映射的背景下,往往只预测的实空间,球平均线强度功率谱,与一些工程考虑各向异性,同时检查投影的interloper发射。我们明确考虑一个简化的图片红移空间的失真和仪器的影响,由于有限的分辨率,以及这些如何扭曲的各向同性线强度信号在真实空间中,并引入强大的明显的各向异性。结果表明,虽然由于有限的仪器分辨率的信号损失是不可避免的,测量的四极功率谱,除了四极功率谱仍然会打破参数退化中存在的四极功率谱的约束,即使没有测量的全各向异性功率谱。
2021-01-29 astro-ph.CO astro-ph.GA
Canceling out intensity mapping foregrounds
21厘米强度测绘作为高红移宇宙的强有力探测器而兴起,但其潜力受到极端明亮前景和高源混淆的限制。在这封信中,我们提出了一个新的分析,可以帮助解决这两个问题。从强度图与重叠的星系调查相结合,我们构建了一个新的一点统计,这是无偏的前景,并包含传统的分析遗漏的信息。我们表明,我们的方法可以测量HI质量函数与前所未有的精度,使用类似于最近21厘米的检测观测。
2019-07-09 astro-ph.CO astro-ph.GA
Line intensity mapping: a "novel" window to the cosmic web
作为研究星系演化和宇宙大尺度结构的一种方法,强度测绘正引起人们越来越多的兴趣。我们不是探测单个星系,而是测量宇宙体积的综合辐射。与星系巡天相反,它包括宇宙网中最微弱物体发出的光。我们将从介绍谱线强度测绘开始,并回顾其目前的观测状况。我们将列举最突出的发射线强度映射,并讨论如何模拟其观察到的信号。随着在电磁波谱不同部分的广泛实验,在不久的将来使用这种技术的前景是非常好的。与其他任何观测工具一样,强度测绘也存在系统不确定性,其中一些不确定性是它固有的,我们将简要讨论它们以及处理前景和背景污染的方法。在这里,我们将集中在后再电离宇宙的强度映射的科学案例。这些范围从恒星形成的历史到测量声学尺度和基础物理学。
2019-11-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Baryon Mapping Experiment (BMX), a 21cm intensity mapping pathfinder
重子测绘实验(BMX)是一个干涉阵列,旨在为未来的再电离后21厘米强度测绘调查的探路者。它包括四个4米抛物面反射器,每个反射器具有偏置锥形喇叭馈源,四脊正交模换能器,温度稳定的RF放大和滤波,以及脉冲噪声注入二极管。欠采样读出方案使用以1.1 Gsamples/sec运行的8位数字转换器,以提供对1.1 - 1.55 GHz(第三奈奎斯特区)信号的访问,对应于来自红移$0 < z < 0.3$源的HI发射。FX相关器在GPU中实现,并生成28 GB/天的时间顺序可见性数据。从2019年1月到2020年5月收集了大约7,000小时的数据,我们将介绍系统性能的结果,包括灵敏度、光束映射研究、明亮天体目标的观测和系统电子设备升级。BMX是21世纪30年代拟议中的CAXA强度测绘调查的探路者。
2020-11-17 astro-ph.GA astro-ph.IM
Measuring Galaxy Clustering and the Evolution of [CII] Mean Intensity with far-IR Line Intensity Mapping During 0.5 < z < 1.5
痕量金属的红外精细结构发射线是对星系中星际介质的有力诊断。我们探索了利用成像光谱仪获得的三维功率谱研究红移远红外精细结构线发射的可能性。强度映射的方法测量的空间光谱波动,由于线发射从所有星系,包括那些低于个人的检测阈值。该技术提供了3-D测量星系集群和时刻的星系光度函数。此外,功率谱的线性部分可以用来测量包括宇宙时间内所有源的总谱线发射强度,其中自然编码有红移信息。总谱线发射,当与总的恒星形成活动和/或其他谱线强度相比时,揭示了星系聚集的星际条件的演变。作为一个案例研究,我们考虑在0.5 < z < 1.5的时期,其中最小化的干扰线的[CII]自相关的测量,分别使用远红外/亚毫米球载和未来的空间载仪器具有中等和高灵敏度。在这种情况下,我们比较的强度映射的方法,盲目的星系调查的基础上个人的检测。我们发现,强度映射几乎总是最好的方式来获得总的线发射,因为盲目的,宽视场星系调查缺乏足够的深度和深笔束没有观察到足够的星系在必要的光度和红移箱。此外,强度映射通常是测量功率谱形状的最有效方法,这取决于光度函数和望远镜孔径的细节。
2014-07-18 astro-ph.CO astro-ph.GA
The parameter-free Finger-Of-God model and its application to 21cm intensity mapping
利用ELUCID N体模拟得到的星系表和半解析的星系形成模型,我们建立了一个模拟的HI强度映射图。我们已经实现了上帝的手指(FoG)的影响,在地图上考虑星系HI气体速度色散。通过比较红移空间中的HI功率谱与IllustrisTNG模拟的测量结果,我们发现FoG效应可以解释目前N体模拟和IllustrisTNG模拟的模拟图之间的差异。然后,我们建立了一个无参数的FoG模型和散粒噪声模型来计算HI功率谱。我们发现,我们的模型可以准确地拟合HI物质功率谱的四极矩和四极矩。本文提出的模拟HI强度图和无参数FoG模型的建立方法,将对CHIME、天籁、BINGO、FAST和SKA等21 cm强度图的建立和应用具有重要的参考价值。研究21cm光强分布中的非线性效应也是十分重要的。
2020-05-22 astro-ph.CO astro-ph.GA
Semi-Empirical Approach to [CII] Line Intensity Mapping
针对第一性原理建模的挑战,提出一种半经验数据驱动的星系演化框架,推导了 $0 \lesssim z \lesssim 10$ 内的宇宙 [CII] 强度,并评估了其功率谱的探测可行性,为研究宇宙大尺度结构和星系演化提供了关键见解。
2024-07-26 astro-ph.CO astro-ph.GA
Exploring the dusty star-formation in the early Universe using intensity mapping
在过去的十年中,人们已经清楚地看到,尘埃笼罩的恒星形成对早期星系演化有着重要的贡献。因此,探测尘埃对于确定高红移宇宙中星系的性质至关重要。这需要在(亚)毫米波长下进行观测。不幸的是,一方面单碟观测的灵敏度和背景混淆,另一方面干涉仪的测绘效率,对观测者提出了独特的挑战。克服这些困难的一个有希望的途径是利用混淆限制制度和措施的集体光发射从所有来源,包括未解决的微弱星系的波动强度映射。在这篇文章中,我们讨论了如何通过宇宙红外背景(2D)和[CII]精细结构跃迁(3D)的各向异性,2D和3D强度映射可以测量在高红移的尘埃恒星形成。
2018-01-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
Astrophysics and Cosmology with Line-Intensity Mapping
线强度映射是一种新兴的技术,它承诺新的见解宇宙的演化,从恒星形成在低红移的再电离和宇宙黎明的时代。它测量星系和星系际介质在广泛频率范围内的原子和分子谱线的综合发射,使用的仪器的孔径要求相对于对单个物体的测量大大放宽。一个协调的、全面的、多线强度映射实验工作可以有效地探测可观测宇宙80%以上的体积,这是其他方法无法企及的壮举。线强度映射将独特地解决星系演化,宇宙学和基础物理学中的一系列紧迫的谜团。其中包括恒星形成和星系演化的宇宙历史,星际和星系间介质的组成,再电离时期发生的物理过程,宇宙膨胀,爱因斯坦引力理论在最大尺度上的有效性,暗能量的性质和暗物质的起源。
2019-03-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
Feeding cosmic star formation: Exploring high-redshift molecular gas with CO intensity mapping
分子气体的研究对于理解恒星的形成、反馈以及整个星系更广泛的生态系统至关重要。然而,除了最近的星系外,我们对它的物理性质和分布的了解有限。我们提出了一种新的技术,用于研究高红移星系中分子气体的组成和分布,现有的方法无法实现。我们提出的方法是一氧化碳强度映射方法的扩展,近年来已经获得了显着的实验兴趣。这些强度映射勘测以115 GHz $^{12}$ CO(1-0)谱线为目标,但也包含来自基本上较暗的110 GHz $^{13}$ CO(1-0)跃迁的发射。该方法通过在强度映射勘测中互相关频率信道对来利用包含在$^{13}$ CO线中的信息。由于$^{13}$ CO从与$^{12}$ CO相同的介质中发射,但在高得多的柱密度下饱和,因此这种互相关提供了关于气体密度分布和同位素体比率两者的有价值的信息,这是单独从$^{12}$ CO无法获得的。使用一个简单的模型,这些分子的发射线,我们表明,未来的强度映射调查可以限制这两个物种的丰度比和分数的发射从光学厚区域为了$\sim30\%$。这些测量不能由传统的CO观测,因此,所提出的方法将提供独特的洞察力的物理恒星形成,反馈和星系生态在高红移。
2017-05-17 astro-ph.CO astro-ph.GA
Coupling parsec and gigaparsec scales: primordial non-Gaussianity with multi-tracer intensity mapping
原始非高斯性(PNG)是探索早期宇宙中原始波动起源的关键。研究表明,对大尺度结构进行多示踪剂测量可以获得高精度的PNG测量结果。未来的线强度测绘调查非常适合这些测量,因为它们能够快速调查大量数据,并访问PNG变得重要的大尺度。在本文中,我们首次探索如何多示踪剂PNG测量强度映射调查依赖于亚星系尺度的物理驱动线发射。我们考虑一个例子CO地图之间的互相关,并量化的影响不同的天体物理模型对$f_{\mathrm{NL}}$测量。我们发现一个非平凡的地平线尺度PNG测量和分子云尺度星际介质之间的耦合,可以有秩序的统一效果$f_{\mathrm{NL}}$约束与不久的将来的实验灵敏度。我们讨论这些影响如何取决于噪声水平和调查设计。我们进一步发现,互相关散粒噪声,一个几乎独特的强度映射测量的效果,可以发挥重要的作用,在多示踪剂分析,不应被忽视。
2021-03-07 astro-ph.CO astro-ph.GA
Feature Intensity Mapping: Polycyclic Aromatic Hydrocarbon Emission from All Galaxies Across Cosmic Time
本文提出特征强度映射技术,扩展线强度映射至宽谱特征,利用PAH发射带实现三维强度映射,并预测SPHEREx和PRIMA任务可实现高信噪比探测。
2025-10-08 astro-ph.CO astro-ph.GA
Constraining the CO intensity mapping power spectrum at intermediate redshifts
我们编译一氧化碳(CO)1-0光度函数和丰度在红移0-3可用的限制。这是用来开发一个数据驱动的晕模型的CO星系丰度和集群跨越中间红移的演变。研究发现,最近CO功率谱巡天($z \sim 3$ ; Keating et al. 2016)的限制,当与现有的本地星系观测($z \sim 0$ ; Keres et al. 2003)相结合时,导致预测与中等红移的较小巡天($z \sim 1-2$)的结果一致。我们提供了方便的拟合形式的CO光度晕质量关系的演变,并估计在未来的强度映射实验的背景下,在CO功率谱的平均值和不确定性。
2017-12-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
Intensity Mapping without Cosmic Variance
当前和未来几代的强度绘图调查承诺戏剧性地改善我们对星系演化和大尺度结构的理解。一张强度图提供了一个特定区域内所有星系的累积发射和红移的普查,包括单独无法检测到的微弱物体。此外,线强度图和星系红移巡天图之间的互相关对线强度和星系团偏置敏感,而不受宇宙方差的限制。使用Fisher信息矩阵,我们推导出简单的表达式,描述的强度和偏差可获得的互相关调查的敏感性,专注于宇宙方差规避。基于这些表达式,我们得出结论,最佳的灵敏度是通过匹配的调查深度,定义在一个给定的模式,在两个调查之间的聚类功率谱噪声的比率。我们发现,中远红外太空望远镜可以从这种技术中受益,通过与即将到来的星系红移调查(如计划用于Nancy Grace Roman太空望远镜的星系红移调查)相互关联,从而使灵敏度超过宇宙方差极限。因此,我们的技术可以应用于调查设计和需求开发,以最大限度地提高未来的强度映射实验的星系演化和大尺度结构宇宙学的示踪剂的灵敏度。
2021-10-04 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
The Impact of Neutral Intergalactic Gas on Lyman-$α$ Intensity Mapping During Reionization
我们提出了高红移Ly $α$强度场的第一个模拟,解释了星系际介质(IGM)中的散射。使用三维蒙特卡罗辐射转移代码,我们发现,LY $α$散射平滑的LY $α$强度在小尺度上的空间波动,这种平滑的空间依赖性强烈依赖于平均中性分数的IGM。我们的模拟发现,$k=0.1-1~{\rm Mpc^{-1}}$的再电离的强烈影响,与$P_{\rm Lyα}\propto k^{-1.5}$相比,$\bar{x}_{\rm HI} = 0.63$的$P_{\rm Lyα}\propto k^{-1.75}$和$\bar{x}_{\rm HI} = 0.86$的$P_{\rm Lyα} \propto k^{-2.2}$。在波数为$k>1 ~ {\rm Mpc^{-1}}$的情况下,我们发现该信号对来自星系的出射Ly $α$谱线轮廓很敏感。我们还表明,Ly $α$强度图和未来的星系红移调查之间的交叉相关性可以检测到大尺度上的仪器类似SPHEREx,并在广泛的尺度范围内的CDIM静脉中的一个假设的强度映射仪器。
2018-07-09 astro-ph.CO astro-ph.GA
Cosmological Constraints on the Global Star Formation Law of Galaxies: Insights From Baryon Acoustic Oscillation Intensity Mapping
线强度测绘(LIM)最初被提议作为大尺度结构的宇宙学探测器,它也为研究星系演化的天体物理学提供了一个独特的窗口。除了传统上专注于小的,非线性尺度的LIM技术的天体物理探索,我们提出了一种新的方法来研究全球恒星形成规律,使用即将到来的数据从大尺度重子声学振荡(BAO)强度映射。利用BAO尺度上的重子分数波动引起的B-level但依赖于尺度的偏置的幅度,我们表明,结合两个(或多个)LIM信号的自相关和互相关功率谱可以探测恒星形成定律的功率指数$\mathcal{N}$。我们研究的前景映射H $α$和[OIII]线在所有的尺度,特别是在重子分数偏差的印记存在,与空间任务,如SPHEREx。我们表明,虽然SPHEREx可能只能通过在其200度$^2$深度调查中访问适度数量的大尺度模式来勉强探测$\mathcal{N}$,但未来的红外全天空调查将以更高的光谱分辨率达到可比的深度($R \gtrsim 400$)可能将$\mathcal{N}$约束到10 $-$ 30%的精度,足以区分具有不同反馈假设的模型,输出到$z\sim4$。利用这一效应,在遥远的未来,大规模的宇宙方差有限的LIM调查可以仔细研究星系演化和大尺度宇宙学环境之间的物理联系,同时对标准宇宙学模型进行严格的测试。
2022-05-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
Forecasting [C II] line-intensity mapping measurements between the end of reionization and the epoch of galaxy assembly
我们结合最近的模拟工作的SFR-[C II]的相关性在高红移与经验建模的星系晕连接(通过UniverseMachine)预测[C II]自动功率谱从$z\sim4$到$z\sim8$。我们将这些与预计在未来十年上线的各种工具的实际预期敏感性进行比较。如果我们模型的预测是正确的,[C II]在这一代的巡天中应该可以探测到$z\sim6$,但是在再电离结束后探测到[C II]将需要谱线强度巡天能力的一代飞跃。
2020-02-25 astro-ph.CO astro-ph.GA
A model of spectral line broadening in signal forecasts for line-intensity mapping experiments
谱线强度测绘观测发现,由于谱线发射轮廓的宽度,在小尺度上积分谱线发射的起伏会有不同程度的衰减。这种衰减可能会严重影响从测量中得出的天体物理学或宇宙学数量的估计。我们考虑的理论治疗线加宽的聚类和散粒噪声分量的功率谱的一个通用的线强度功率谱使用晕模型的影响。然后,我们考虑可能的简化,以允许更容易的应用程序在分析中,特别是在推理的上下文中,需要大量的,重复的,快速计算的模型线强度信号在一个大的参数空间。对于CO映射阵列项目(COMAP)和作为我们主要案例研究的$z\sim3$的CO(1-0)线强度场,我们期望在$k\approx0.2$ - $0.3$ Mpc $^{-1}$的相关尺度上平均球平均功率谱的$\sim10\%$衰减,与$\sim25\%$相比,用于干涉毫米波强度测绘实验(mmIME),目标是来自$z\sim1$的CO谱线的散粒噪声-以$k\gtrsim1$ Mpc $^{-1}$的规模进行$5$。我们还考虑了线加宽的简化处理所引入的误差的性质和幅度,并发现虽然使用单个有效速度尺度的近似对于球平均功率谱是足够的,但在考虑其他统计数据时,如各向异性功率谱或体素强度分布的更高多极子,则需要更仔细的处理。
2021-09-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
Line Intensity Mapping Prediction from the Cosmic Dawn (CoDa) III Simulation for H$α$ from Galaxies and the Intergalactic Medium during the Epoch of Reionization
利用CoDa III模拟预测再电离时期星系和IGM的H$α$发射强度与来源,提供LIM实验(如SPHEREx和CDIM)的模拟数据以指导观测。
2025-04-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
Foreground Removal of CO Intensity Mapping Using Deep Learning
线强度成像(LIM)是研究恒星形成、宇宙大尺度结构和再电离时代(EoR)的一种很有前途的探测方法。由于一氧化碳(CO)是宇宙中除了氢分子${\rm H}_2$之外第二丰富的分子,因此它适合作为LIM调查的示踪剂。然而,就像其他LIM调查一样,CO强度映射也受到强烈的前景污染,需要消除这些污染以提取有价值的天体物理和宇宙学信息。在这项工作中,我们以$^{12}$ CO($\it J$ =1-0)发射线为例,研究深度学习方法是否可以通过去除前景来有效地恢复信号。通过考虑CO光度和晕质量关系的N体模拟生成了CO(1-0)强度图,并通过比较不同的关系讨论了中等和低CO信号的两种情况。我们增加了从实际观测中产生的前景,包括热尘埃,旋转尘埃,自由,同步辐射和CMB各向异性。还考虑了具有旁瓣效应的波束。我们的深度学习模型建立在ResUNet基础上,它将图像生成算法UNet与最先进的深度学习架构ResNet相结合。主成分分析(PCA)方法被用来预处理数据,然后将其馈送到ResUNet。我们发现,在低仪器噪声的情况下,我们的UNet可以有效地重建CO信号图与正确的线功率谱,通过去除前景和恢复PCA信号丢失和波束效应。我们的方法也可以应用于其他强度映射,如中性氢21厘米调查。
2023-02-18 astro-ph.CO astro-ph.GA
An Intensity Mapping Constraint on the CO-Galaxy Cross Power Spectrum at Redshift ~ 3
冷分子气体的丰度在星系演化模型中起着至关重要的作用。虽然CO发射线的深光谱调查一直是测量这种丰度的主要工具,但这些观测的困难促使人们采用其他方法来研究分子气体含量。一种技术,线强度映射,旨在通过CO亮度功率谱来约束单个不可检测星系的大样本的平均分子气体性质。在这里,我们提出了限制CO强度图和光学星系目录之间的交叉功率谱。这种交叉测量使我们能够检查CO强度映射数据中的系统性问题,并验证使用CO功率谱测量的自动功率谱测量的数据分析。我们把2-sigma上限的带平均CO-星系交叉功率的$P_x<540$ uK Mpc $^3$ /h $^3$。我们的测量有利于一个非零的平均CO亮度温度在90%左右的置信度,并给出了一个上限的平均分子气体密度在z~2.6的$7.7 \times 10^8$ Msun/Mpc $^3$。我们预测了预期的交叉功率谱应用一些文献处方的CO光度晕质量关系的一套模拟光锥。根据最乐观的预测,交叉频谱可以检测到这里使用的数据只有适度的扩展,而更保守的模型可以检测到10倍的灵敏度增加。正在进行的一氧化碳强度测绘实验将以允许广泛的互相关分析的领域为目标,并应达到检测互谱信号所需的灵敏度。
2021-10-05 astro-ph.CO astro-ph.GA
Deep Learning for Line Intensity Mapping Observations: Information Extraction from Noisy Maps
线强度测绘(LIM)是探测遥远星系线辐射大尺度涨落的一种很有前途的观测方法。来自宽场LIM观测的数据使我们能够研究宇宙的大尺度结构以及星系群及其演化。LIM的一个严重问题是前景/背景源和各种噪声的污染。我们开发了条件生成对抗网络(cGAN),从嘈杂的地图中提取指定的信号和信息。我们使用30,000个模拟观测地图训练cGAN,假设高斯噪声与NASA SPHEREx任务的预期噪声水平相匹配。经过训练的cGAN成功地从观测到的噪声强度图中重建了星系在目标红移处的Hα发射。高度大于3.5 σ噪声的强度峰的定位精度为60%。即使在噪声占主导地位的政权的一点概率分布和功率谱准确地恢复。然而,整体重建性能取决于像素大小和为训练数据假设的调查体积。为了重建大角度尺度下的强度功率谱,需要生成足够大的训练模拟数据。我们的深度学习方法可以很容易地应用于具有线混淆和噪声的观测数据。
2020-12-23 astro-ph.CO astro-ph.GA
Constraining the evolution of CII intensity through the end stages of reionization
我们结合星系观测(Hemmati et al. 2017)中对局部CII 158 $μ$ m线光度函数的可用约束,以及恒星形成率密度的演变和Pullen et al.(2018,假设检测)中最近的CII强度映射测量,推导出$z \sim 0-6$上CII光度-晕质量关系的演变。我们开发了方便的拟合形式的CII光度晕质量关系的演变,并预测约束的CII强度映射功率谱及其相关的不确定性跨越红移。我们预测的灵敏度,以检测即将到来的PIXIE,STARFIRE,EXCLAIM,CONCERTO,TIME和CCAT-p-like调查的功率谱,以及未来可能的强度映射观测与ALMA设施。
2019-07-05 astro-ph.CO astro-ph.GA
Connecting CO Intensity Mapping to Molecular Gas and Star Formation in the Epoch of Galaxy Assembly
强度测绘是一种很有前途的探测早期宇宙的技术,它可以从宇宙学体积中的未分辨星系中提取一条谱线。本文基于星系-晕连接的参数化模型,给出了z ~ 2.4 - 2.8星系CO(1-0)线的强度图和功率谱的预测,并证明了从这些观测结果可以直接推断高红移星系的性质。我们发现,我们的基准预测应该是可检测的现实实验。受显著建模不确定性的影响,我们展示了在我们的模型中改变每个参数对功率谱的影响。使用模拟观测,我们推断我们的模型参数空间的MCMC过程中的约束,并显示相应的限制LIR-LCO关系和CO光度函数。这些限制将是对目前高红移星系观测的补充,高红移星系观测可以检测到最亮的星系,但不能从光度函数的暗端检测到完整的样本。通过探测这些群体的聚合,CO强度映射可能是一个有价值的工具,探测分子气体及其与恒星形成的高红移星系。
2016-02-01 astro-ph.CO astro-ph.GA
Determining the HI content of galaxies via intensity mapping cross-correlations
我们提出了一种创新的方法来测量中性氢(HI)含量的光学选择光谱样品的星系通过互相关HI强度映射测量。我们发现,HI-星系交叉功率谱包含一个附加的散粒噪声项,它与光学选定的星系的平均HI亮度温度成比例,允许限制放置在每个星系的平均HI质量。这种方法可以估计的HI含量的人口太微弱,直接观察到通过他们的21厘米发射在很宽的红移范围。这种互相关,作为光学光度或颜色的函数,可以用来导出HI缩放关系。我们证明,这个信号将是可检测的交叉相关即将到来的澳大利亚SKA探路者(ASKAP)的意见与现有的光学选择的样本。我们还使用半解析模拟来验证HI质量可以通过我们的技术在M_HI > 10^8 M_solar的范围内以独立于基础功率谱形状的方式成功地恢复。我们的结论是,这种方法是一个强大的工具来研究星系演化,它只需要一个单一的强度映射数据集来推断互补HI气体信息从现有的光学和红外观测。
2017-03-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
Cosmology with intensity mapping techniques using atomic and molecular lines
我们提出了一个系统的研究强度映射技术,使用更新的模型,从星系的不同发射线,并确定哪些是更有前途的宇宙学研究的后再电离时代。我们考虑了${\rm Lyα}$,${\rm Hα}$,H $β$的发射,光学和红外氧线,氮线,CII和CO转动线。然后,我们确定${\rm Lyα}$、${\rm Hα}$、OII、CII和最低旋转CO系是用作IM探针的最佳候选者。这些谱线形成了一组互补的星系发射光谱探测器。然后,我们使用合理的实验设置从当前,计划或建议的实验,以访问每个发射线的功率谱的可探测性。$z=2$到3的${\rm Lyα}$发射的强度映射将在不久的将来与HETDEX一起成为可能,而远红外线则需要新的专门实验。我们还表明,拟议的SPHEREx卫星可以使用OII和${\rm Hα}$ IM研究大规模分布的物质在中间红移1至4。我们发现,使用测辐射热计的亚毫米波实验可以在使用CII和CO(3-2)的中间红移处具有类似的性能。
2016-12-07 astro-ph.CO astro-ph.GA
A direct detection of neutral hydrogen intensity mapping on Mpc scales at $z\approx 0.32$ and $z\approx 0.44$
The University of Manchester(曼彻斯特大学);University of the Western Cape(西开普敦大学);McGill University(麦吉尔大学);The University of Edinburgh(爱丁堡大学);South African Radio Observatory (SARAO)(南非射电天文台)
利用MeerKAT射电望远镜的L波段干涉观测,通过前景回避方法独立测量了红移0.32和0.44处的中性氢功率谱,最高显著性达9.18σ,为新一代射电望远镜进行HI强度映射精密宇宙学迈出重要一步。
2026-06-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
Optimally Mapping Large-Scale Structures with Luminous Sources
强度映射已成为一种很有前途的工具,以探测宇宙的三维结构。星系红移巡天的传统方法是基于单个星系的探测,通常通过阈值和数字化大尺度强度图来执行。相比之下,强度映射使用来自3D像素(或体素)中的所有源的积分发射作为大尺度结构的模拟示踪剂。在这项工作中,我们开发了一种形式主义,以量化的性能,这两种方法时,测量大尺度结构。我们计算任意观测的Fisher信息,推导出最优估计,并研究其性能作为源光度函数,调查分辨率,仪器灵敏度和其他调查参数的函数。我们确定制度,每种方法是有利的,并讨论不同的情况下的最佳策略。为了确定任何给定的调查的最佳策略,我们开发了一个度量,这是很容易计算的源光度函数和调查的灵敏度,我们展示了应用程序与几个计划的强度映射调查。
2019-06-07 astro-ph.CO astro-ph.GA
Intensity mapping from the sky: synergizing the joint potential of [OIII] and [CII] surveys at reionization
我们预测未来一代实验的能力,以检测精细结构线的碳和氧离子,[CII]和[OIII]的强度映射(IM)从再电离时代($z \sim 6-8$)。结合最新的经验推导的约束条件,将[OIII]线的亮度与周围恒星形成率联系起来,并将其与先前推导的晕中[CII]丰度的估计值结合使用,我们预测了预期的自相关IM信号将使用基于弗雷德杨亚毫米望远镜(FYST)和球载设施的新实验进行观察,在$z \sim 5.3 - 7$上进行低温大孔径强度测绘(EXCLAIM)的实验。我们描述了如何在未来的地面和气球为基础的调查的改进将使一个互相关信号被检测在$\sim$ 10 - 30 $σ$超过$z \sim 5.3 - 7$。最后,我们提出了一个基于空间的任务,目标是[OIII] 88和52 $μ$ m线以及[CII] 158 $μ$ m线,配置为提高互相关测量的信噪比。我们发现,这样的配置可以实现一个高的意义检测(数百$σ$)在自动和互相关模式。
2022-07-15 astro-ph.CO astro-ph.GA
On estimation of contamination from hydrogen cyanide in carbon monoxide line intensity mapping
线强度测绘巡天通过未分辨宇宙学源群体中分子线发射的空间变化来探测大尺度结构。未来对一氧化碳谱线排放,特别是CO(1-0)谱线的这种调查,面临来自在氰化氢排放谱线HCN(1-0)中排放的不相交的源群的潜在污染。本文探讨了HCN发射强度的潜在范围及其对CO自功率谱的影响,使用模拟与CO/HCN-晕连接的经验模型。我们发现,对所观察到的CO功率谱的影响取决于建模假设,但我们的基准模型是非常小的,基于我们对星系晕连接的理解,由于HCN的整体CO检测意义的偏差预计小于1%。
2017-08-31 astro-ph.CO astro-ph.GA
On estimating the cosmic molecular gas density from CO Line Intensity Mapping observations
毫米波强度映射实验(mmIME)最近报道了在3 mm波长处检测到过量的空间波动,这可以归因于$z\sim1-5$之间的几个CO旋转跃迁的未解析发射。我们使用一套最先进的半解析模拟,成功地再现了许多其他亚毫米线观测整个相关的红移范围内的高红移星际介质的这些数据的影响。我们发现,半解析的预测是温和的紧张与mmIME的结果,与预测的CO功率$\sim3.5σ$低于所观察到的。我们探索一些简单的修改模型,可以解决这种紧张局势。将相关红移处的分子气体丰度增加到$\sim10^8\ M_\odot\ \rm{Mpc}^{-3}$,一个远高于直接成像源获得的值的值,将解决这种差异,就像假设$H_2$转换因子$α_{\rm{CO}}$为$\sim1.5\ M_{\odot}$ K $^{-1}$ $(\rm{km}/\rm{s})^{-1}$ pc $^{2}$一样,一个比通常假设的值稍低的值。我们继续证明,这些结论是相当敏感的详细假设,我们的模拟,强调需要更仔细的建模工作,因为更多的强度映射数据变得可用。
2021-06-28 astro-ph.CO astro-ph.GA
CosmoGLINT: Cosmological Generative Model for Line Intensity Mapping with Transformer
The University of Tokyo(东京大学);RIKEN Center for Advanced Intelligence Project(理化学研究所先进智能研究中心);Chiba University(千叶大学);Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe, The University of Tokyo Institutes for Advanced Study(东京大学高等研究院 Kavli宇宙物理与数学研究所)
CosmoGLINT是一种基于变换器的生成模型,用于从暗物质模拟中生成逼真的星系群体,以支持线强度测绘和红移巡天的模拟研究。
2025-11-27 astro-ph.CO astro-ph.GA
Investigating the Reionization Epoch through 21\,cm and Line Intensity Mapping Experiments
New York University(纽约大学);Flatiron Institute(平顿研究所);Southern Methodist University(南方卫理公会大学)
通过21厘米和多线强度映射实验交叉相关性研究再电离时期参数约束
2025-12-15 astro-ph.CO astro-ph.GA
Empowering line intensity mapping to study early galaxies
线强度图是研究早期星系集体辐射的极好工具。然而,这种方法受到了强烈前景的阻碍,主要是由低红移的插入线。我们在这里提出了一种克服这个问题的通用方法,该方法对前景残留噪声是鲁棒的,并且基于漫射线发射和Ly $α$发射器(LAE)之间的互相关函数$ψ_{αL}(r)$。我们在$z = 5.7$和$6.6$上计算了$(800{\rm Mpc})^3$盒中星系的漫射线(以Ly $α$为例)辐射。考虑从$10^{-3}$到$1$的占空比,我们将盒子划分为切片,并在$z = 5.7(6.6)$处用$14000(5500)$ LAE填充它们。LAE数密度和切片体积均与斯巴鲁HSC调查的预期结果一致。我们添加高斯随机噪声,其方差$σ_{\rm N}$高达Ly $α$发射方差$σ_α$的100倍,以模拟前景并计算$ψ_{αL}(r)$。我们发现,所观察到的$ψ_{αL}(r)$的信号-噪声不改变显着,如果$σ_{\rm N} \le 10 σ_α$,并表明,在这些条件下的平均线强度,$I_{Lyα}$,可以精确地恢复独立的LAE占空比。即使$σ_{\rm N} = 100 σ_α$,$I_α$也可以被约束在因子$2$内。该方法对于用于强度映射实验的任何其他线(例如HI 21 cm、[CII]、HeII)同样有效。
2016-05-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
Robust Intensity Mapping Analysis against Foregrounds for the Epoch of Reionization
强度映射HI 21厘米线和CO 2.61毫米线从再电离时代已经成为强大的,互补的,高红移宇宙的探针。然而,这两个地图和它们的互相关是由前景占主导地位。我们提出了一种新的分析,通过这种分析,信号是无偏的前景,即它可以测量没有前景缓解。我们构造了HI-CO互相关的反对称部分,这是因为两个场的统计涨落在时间上有不同的演化。我们表明,这个新的信号的符号可以区分模型独立是否由内而外的再电离发生在一定的时间间隔。
2021-01-08 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Measuring ultra-large scale effects in the presence of 21cm intensity mapping foregrounds
\textsc{Hi}强度测绘将提供宇宙中中性氢(\textsc{Hi})的大尺度分布图。这些都是主要的候选人被用来约束原始的非高斯性使用的大尺度结构的宇宙,以及提供进一步的测试爱因斯坦的引力理论(GR)。但是\textsc{Hi}地图被前景污染了,前景可能比宇宙学信号高出几个数量级。在这里,我们量化如何退化的大尺度效应($f_{\rm NL}$和GR效应)与剩余前景。我们的结论是,联合分析不提供灾难性的退化的约束,并提供了一个框架,以确定在前景的存在下的大规模效应的边际误差。同样,我们得出的结论是,前景的宏观属性可以测量高精度。尽管如此,这样的结果高度依赖于准确的前景正演建模,这是不正确的灾难性的偏差宇宙学参数,前景参数化和大尺度效应的最佳拟合值。
2021-04-26 astro-ph.CO astro-ph.GA
Impact of astrophysical effects on the dark matter mass constraint with 21cm intensity mapping
本研究利用卷积神经网络分析21cm强度映射模拟数据,提出了一种优于传统功率谱的暗物质质量约束方法,并发现重子物理效应的影响小于SKA仪器噪声。
2024-04-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
Deep learning reconstruction of three-dimensional galaxy distributions with intensity mapping observations
谱线强度测绘是一种新兴的测量遥远星系原子/分子谱线辐射集体强度起伏的方法。几个不同波长的观测计划正在进行和计划中,但仍然存在一个严重的谱线混淆问题;来自不同红移星系的发射谱线在相同的观测波长下会混淆。我们设计了一个生成对抗网络,从嘈杂的三维数据中提取指定的发射线信号。我们的新型网络架构允许两个输入数据,其中相同的底层大尺度结构由H $\rm α$和[OIII]的两条发射线跟踪,因此网络学习每个波长的相对贡献,并经过训练以分解相应的信号。经过大量真实模拟星表的训练,该网络能够重建$z = 1.3-2.4$发射线星系的三维分布。明亮星系的识别精度为84%,真实和重建强度图之间的互相关系数高达0.8。我们的深度学习方法可以很容易地应用于计划中的星载和地基实验的数据。
2021-11-24 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
A Beginner's Guide to Line Intensity Mapping Power Spectra
线强度成像(LIM)是一种测量星系演化和宇宙大尺度结构的新兴技术。LIM巡天测量所有星系在特定红移处发出给定谱线的累积发射,从而追踪整个宇宙中暗物质的分布。在这一过程中,我们提供了一个介绍LIM建模,重点是功率谱计算。除了这些计算,我们描述了这些功率谱可能被用来约束星系演化和大尺度结构宇宙学的属性。在整个过程中,我们使用预期的EXCLAIM信号的电离碳([CII])在红移$z=3$作为一个案例研究。我们的目标是为非专家提供一个起点,例如熟悉宇宙学基础知识的高级本科生和研究生,以及理解文献并自行生成LIM功率谱模型所需的工具,同时还描述了大量文献以供继续研究。
2022-04-01 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Constraining Primordial Magnetic Fields with Line-Intensity Mapping
本文研究原初磁场对结构形成的影响,利用谱线强度映射观测CO发射,预测未来巡天可约束磁场强度至0.006-1 nG。
2023-06-21 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Astrophysics & Cosmology from Line Intensity Mapping vs Galaxy Surveys
线强度映射(LIM)提出了有效地观测遥远的暗星系和绘制高红移的物质密度场。在姊妹论文中的形式主义的基础上,我们首先强调了LIM中宇宙学和天体物理学之间的简并性。我们讨论了什么可以限制从测量的平均强度和红移空间功率谱。有了足够的光谱分辨率,2-晕项的大尺度红移空间畸变就可以被测量,这有助于打破偏置和平均强度之间的简并。在较高的光谱分辨率下,测量小尺度的红移空间畸变可以消除1-晕项和散粒噪声项。与外部星系目录或透镜巡天的互相关进一步打破了简并。我们推导出类似于SPHEREx、HETDEX、CDIM、COMAP和CONCERTO的实验的要求。然后,我们重新审视的LIM观测值的最优性的问题,相比星系检测,天体物理学和宇宙学。我们使用匹配滤波器来计算单个源的亮度检测阈值。我们表明,LIM包含的信息太暗,以检测,在高噪声或高混淆制度的星系。我们量化检测到的源的稀疏性和聚类偏差,并将它们与LIM进行比较,表明在这种情况下LIM是物质密度的更好示踪剂。我们通过回答这些问题作为傅立叶尺度的函数来扩展以前的工作,包括第一次宇宙方差,像素到像素的相关性,亮度依赖的聚类偏差和红移空间失真的影响。
2021-06-25 astro-ph.CO astro-ph.GA
Direct correlation of line intensity mapping and CMB lensing from evolution along the lightcone
Stanford University(斯坦福大学);SLAC National Accelerator Laboratory(斯坦福直线加速器中心);Institute for Advanced Study(高等研究院);Princeton University(普林斯顿大学)
研究通过分析光锥演化对LIM与CMB偏折直接相关性的影响,揭示了通过消除前景干扰可恢复平滑模式,为高红移LIM检测提供理论支持。
2025-11-27 astro-ph.CO astro-ph.GA
Forecasts and Statistical Insights for Line Intensity Mapping Cross-Correlations: A Case Study with 21cm x [CII]
本研究构建了强度映射互相关分析的端到端模拟流程,检验了相关简化假设的适用性,并以21cm与[CII]的互相关为例预测了观测灵敏度,为巡天设计提供参考。
2025-01-20 astro-ph.CO astro-ph.GA
Multi-tracer intensity mapping: Cross-correlations, Line noise & Decorrelation
线强度测绘(LIM)是一种新兴的多频、低角分辨率的宇宙学和星系形成研究方法。许多LIM应用程序至关重要地依赖于两条线的强度图,或强度图与星系调查或星系/CMB透镜的互相关。我们提出了一个一致的晕模型来预测所有这些互相关,并使联合分析,在三维红移空间和二维投影地图。我们扩展的条件光度函数形式主义的多线的情况下,始终占多个星系线光度之间的相关散射。这使我们能够对两个线强度图之间的尺度相关去相关进行建模,这是前景拒绝和从交叉光谱估计自光谱的方法的关键输入。这也使得LIM互相关能够揭示LIM自谱所不能揭示的星际介质的天体物理性质。我们揭示了LIM中光度散射或“线噪声”的不同来源,并阐明了它们对1-晕和星系散粒噪声项的影响。特别是,我们表明,晕的有效数密度在某些情况下可以超过星系,违反直觉。使用观测和模拟输入,我们实现了H $α$,[Oiii],莱曼- $α$,CO和[Cii]线的晕模型。我们鼓励观测者和模拟者尽可能地测量成对线的星系光度相关系数。我们的代码可在https://github.com/EmmanuelSchaan/HaloGen/tree/LIM上公开获取。在一个配套文件中,我们使用这个晕模型的形式主义和代码,以突出宇宙学和天体物理学之间的LIM的简并,并比较LIM观测星系检测的一些调查。
2021-06-25 astro-ph.CO astro-ph.GA
Intensity mapping of [CII] from early galaxies
[CII] 157.7 $\rm μ$ m精细结构发射线的强度映射代表了探测星系中恒星形成活动的理想实验,特别是在那些太暗而无法单独检测的星系中。在这里,我们调查这样的实验的可行性$z > 5$星系。我们构建的$L_{\rm CII} - M_{\rm h}$关系的观测和模拟,然后生成模拟[CII]强度地图,通过应用这种关系建立从大规模N体模拟晕目录。地图的河外远红外(FIR)连续,被称为“前景”,和CO旋转过渡线和[CI]精细结构线被称为“污染”,以及生产。我们发现,在316 GHz(对应于$z_{\rm CII} = 5$),河外FIR连续谱、[CII]信号、从$J=1$到13的所有CO谱线和两条[CI]谱线的平均强度分别为$\sim 3\times10^5$ Jy sr $^{-1}$、$\sim 1200$ Jy sr $^{-1}$、$\sim 800$ Jy sr $^{-1}$和$\sim 100$ Jy sr $^{-1}$.我们讨论了一种方法,该方法允许我们通过从每条视线中去除光谱平滑成分来减去FIR连续体前景,并通过丢弃污染排放中明亮的像素来抑制CO/[CI]污染。$z > 5$ [CII]信号主要来自质量范围为$10^{11-12} \,M_\odot$的晕;由于该质量范围很窄,强度映射是研究这些早期星系的理想实验。原则上,这样的信号是可访问的地面望远镜与6米…
2015-04-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
Line-Intensity Mapping: Theory Review
线强度测绘(英语:Line-intensity mapping,缩写为LIM)是一种新兴的观测宇宙的方法,它使用相对低孔径的仪器来扫描大部分天空,并收集来自星系和星系际介质的总光谱线发射。绘制一系列谱线的强度起伏提供了一个独特的机会,可以探测远远超出其他宇宙学观测范围的红移,进入无法探索的区域,并利用与其他测量的互相关的巨大潜力。这有望加深我们对与星系形成和演化、宇宙学和基础物理学有关的各种问题的理解。在这里,我们专注于从微波到光学频率的线,其发射与宇宙历史中星系中的恒星形成有关。在接下来的十年里,LIM将从首次探测的探路者时代过渡到早期科学时代,在这个时代,将收集来自十多个任务的数据,以产生新的见解和发现。这篇评论讨论了这些任务的主要目标线,描述了不同的方法来模拟它们的强度和波动,调查其测量的科学前景,提出了统计方法背后的形式主义来分析数据,并激发与其他观测协同的机会。我们的目标是为非专家提供该领域的教学介绍,并为专家提供全面的参考。
2023-01-31 astro-ph.CO astro-ph.GA
Measurements of the HI intensity mapping power spectrum at low redshifts with MIGHTEE data: comparison with detected HI galaxies
University of the Western Cape(西开普敦大学);South African Radio Astronomy Observatory (SARAO)(南非射电天文观测台);The University of Edinburgh(爱丁堡大学);The University of Manchester(曼彻斯特大学)
利用MIGHTEE数据测量低红移HI强度映射功率谱,并与检测到的HI星系进行比较,验证了干涉技术的自洽性。
2026-02-26 astro-ph.CO astro-ph.GA