CMB B-mode non-Gaussianity: optimal bispectrum estimator and Fisher forecasts
即将到来的宇宙微波背景（CMB）数据可以用来探索谐波3点函数，涉及的CMB偏振信号的B模式分量。我们专注于描述B模场与CMB温度各向异性（T）和/或E模偏振（即，和）的非高斯相关的双谱<TTB><EEB><TEB>。这种双谱探测违反张量一致性关系：宇宙学关联函数的模型独立行为，涉及一个大波长张量模式（引力波）。观测到的张量一致性关系的破坏将排除大量的暴胀模型。我们描述了一个泛化的小松-Spergel-Wandelt（KSW）的双谱估计，允许统计推断这种类型的原始非高斯与CMB温度和偏振各向异性的数据。广义估计与现有的KSW估计共享其统计特性，并保留了有利的数值尺度与角分辨率。在本文中，我们推导出估计量，并提出了一组Fisher预测。我们展示了预测如何与各种实验参数（例如，下限和上限角带限制）进行缩放，例如，即将到来的地面西蒙斯天文台实验和拟议的LiteBIRD卫星实验。我们评论可能的污染物，由于次级宇宙学和天体物理学的来源。
2019-11-26 astro-ph.CO
Estimators for CMB Statistical Anisotropy
我们使用二次最大似然（QML）估计约束模型与高斯，但统计各向异性宇宙微波背景（CMB）波动，使用CMB地图与现实的天空覆盖和仪器噪声。当各向异性很小时，或者当检查与各向同性的一致性时，这种方法是最佳的。我们证明了QML方法的力量，通过将其应用到WMAP数据来约束几个模型，这些模型调制所观察到的CMB波动，以产生统计各向异性的天空。我们首先限制了所观察到的CMB波动的经验激励的空间调制，再现了在L < 60处振幅为7%的偶极调制模式的边缘证据，但证明了在更高的多极时该效应降低，并且在L~500处为1%。我们还寻找证据的方向依赖的原始功率谱，发现一个非常显著的统计四极信号几乎与黄道平面对齐，但我们认为，这种各向异性在很大程度上是由观测系统污染。最后，我们约束由于绝热和等曲率原始扰动的空间调制的各向异性，并讨论各向异性和非高斯估计之间的密切关系。
2012-03-04 astro-ph.CO
Quadratic estimators for CMB weak lensing
近年来，宇宙微波背景（CMB）的弱透镜效应已成为研究中微子质量、原初非高斯性、暗能量和修正引力等基础物理的有力工具。CMB透镜测量的主要目标是从观测到的CMB温度场$T$和极化场$E$和$B$重建透镜势。直到最近，这种重建已经进行了二次估计（QE），虽然已知是次优的高灵敏度实验，是数值上有效的，并有用的预测和交叉检查的结果更复杂的基于似然的方法。预计正在进行的和不久的将来的CMB实验，如AdvACT，SPT-3G和西蒙斯天文台（SO），也将依赖于QE。在这里，我们回顾不同的量化宽松政策，并澄清他们的差异。特别是，我们表明，胡冈本（HO 02）估计是不是绝对最优的透镜估计，可以构建出二次组合的$T, E$和$B$字段。相反，我们得到的全球最小方差（GMV）透镜二次估计。虽然该估计量可在文献中的其他地方找到，但它被错误地描述为与HO 02估计量等效，并且从未用于实际数据分析。在这里，我们明确地表明，HO 02估计是次优的GMV估计，重建噪声大到$\sim 9\%$ SO样实验。我们进一步表明，在普朗克，和最近的SPT透镜分析中使用的QE是次优的HO 02和GMV估计，并会有一个重建噪声高达$\sim 11\%$大于SO样实验的GMV估计。除了澄清不同QE之间的差异，这项工作应该因此提供动力，以实现GMV估计在未来的透镜分析依赖QE。
2021-04-23 astro-ph.CO
An Improved Forecast of Patchy Reionization Reconstruction with CMB
非均匀再电离引起宇宙微波背景（CMB）光学深度τ（n）到最后一个散射表面的角起伏，使不同的球谐模相关，并在CMB图上留下特征非高斯性。最近，人们利用这种模式耦合信号导出了最小方差二次估计器，并发现在未来的实验中，如CMBPol，可以检测到（S/N）^2 ~ 100的光学深度起伏。我们首先证明，非高斯信号从引力透镜的CMB是主要的污染源重建非均匀再电离信号，即使其贡献的98%删除的delensing。然后，我们构建无偏估计，同时重建非均匀再电离信号τ（n）和引力透镜潜在的phi（n）。我们应用我们的新的无偏估计未来的CMB实验，以评估非均匀再电离信号的可探测性。通过对非均匀再电离的更多物理模拟，预测了比以前的研究小一个数量级的光学深度功率谱，我们表明，CMBPol-like实验可以实现非均匀再电离的边缘检测，（S/N）^2 ~ O（1），使用这种二次估计，使用类似的极大似然估计~O（10）。
2011-06-23 astro-ph.CO
Optimal bispectrum estimator and simulations of the the CMB Lensing-ISW non-Gaussian signal
在本文中，我们提出的工具，以最佳地提取Lensing-Integrated Sachs Wolfe（L-ISW）双谱信号从未来的CMB数据。我们实现了两种不同的方法来模拟非高斯CMB映射与L-ISW信号：基于FLINTS透镜码的非微扰方法和可分离模式扩展方法。我们实现了小松，Spergel和Wandelt（KSW）的Lensing-ISW双谱的最佳估计分析，我们测试它的非高斯模拟的情况下，一个现实的CMB实验设置与不均匀的天空覆盖。我们表明，估计方法的Cramer-Rao界和维纳滤波的L-ISW模拟给$\leq 10%$的估计$f_{NL}^{L-ISW}$略有改善。对于一个现实的CMB实验设置占各向异性噪声和掩蔽的天空，我们表明，估计的线性项是高度相关的立方项，它是必要的，以恢复信号和最佳的误差条。我们还表明，L-ISW双谱，如果不正确占，产生低估的$f_{NL}^{local}$误差棒的$\simeq 4%$。需要对非高斯形状和/或L-ISW模板减法进行联合分析，以便从正在进行的和未来的CMB实验中恢复原始非高斯信号的无偏结果。
2013-03-07 astro-ph.CO
Real space estimator for the weak lensing convergence from the CMB
我们提出了一个定义在实空间中的估计重建弱透镜势由于干预的大尺度结构从高分辨率的宇宙微波背景的地图。这个估计的动机是作为一种替代的二次估计在调和空间中，以超越的困难，分析包含银河切割和点源切除的地图。使用像素重映射合成的地图，我们实现了两个实验，即一个在没有和一个在检测器噪声的存在下，估计，并比较重建的收敛场与谐波空间中定义的二次估计得到的。我们发现很好的协议之间的输入和重建的功率谱使用建议的实空间估计。我们讨论有趣的功能，真正的空间估计和未来的扩展这项工作。
2010-05-24 astro-ph.CO
Searching for primordial non-Gaussianity in Planck CMB maps using a combined estimator
宇宙微波背景辐射（CMB）数据中包含了宇宙非常早期的信息，因此，对CMB数据中高斯性偏差的广泛研究非常重要。最近的分析从普朗克CMB数据不排除存在的非高斯的小振幅，虽然他们是符合高斯假设。使用不同的技术是必不可少的，以提供信息的类型和振幅的非高斯CMB数据。特别是，我们发现有趣的是，构建一个估计的基础上，两个强大的统计工具，似乎是足够敏感的检测微小的偏差，从高斯CMB地图的组合。该估计器将Minkowski泛函与神经网络相结合，最大化了广泛用于研究非高斯信号的工具，并加强了另一种用于识别数据集中模式的工具。我们测试我们的估计通过分析模拟CMB地图污染与不同数量的本地原始非高斯量化的无量纲参数fNL。我们将其应用于这些CMB地图集，并发现\gtrsim 98%的阳性检测机会，即使对于小强度局部非高斯性，如fNL = 38 +/- 18，普朗克数据的大角度尺度的当前限制。此外，我们测试了区分初级和次级非高斯性的适用性，并发现我们的方法成功地对约95%的测试地图进行了分类。此外，我们分析了前景清洁普朗克地图获得非高斯在大角度的约束，在最近的约束很好的协议。最后，我们还测试了我们的估计器的鲁棒性，包括切割天空面具和现实的噪声地图测量普朗克，获得成功的结果。
2013-12-11 astro-ph.CO
A comparison of CMB Angular Power Spectrum Estimators at Large Scales: the TT case
在宇宙微波背景（CMB）数据分析的背景下，我们比较了两种角功率谱算法在大尺度下的效率，分别实现了二次极大似然（QML）估计和伪谱（pseudo-Cl）估计。通过利用1000个真实的Monte Carlo（MC）模拟，我们发现QML方法在l=[2-100]的范围内明显优越。在最大的角度尺度，例如l < 10，QML的方差几乎是伪Cl的方差的1/3（1/2），当我们考虑WMAP kq 85（kq 85放大8度）掩模时，使得伪谱估计器是非常差的选择。即使在多极l=[20-60]，其中伪Cl方法传统上用于馈送CMB似然算法，当我们考虑WMAP kq 85掩模时，我们发现约20%的效率损失，并且对于放大8度的kq 85掩模约15%。当基于伪CI方法声明准确结果时，应考虑到这一点。给出了一些典型的大尺度估计的例子。
2014-03-05 astro-ph.CO
Improving CMB non-Gaussianity estimators using tracers of local structure
局域非高斯性导致大尺度扰动模式与小尺度功率之间的相关性。大尺度CMB信号具有来自集成Sachs Wolfe（ISW）效应的贡献，其与小尺度功率不相关。如果可以去除该ISW贡献，则对局部非高斯性的灵敏度得到改善。引力透镜和星系计数可以用来跟踪ISW的贡献，特别是我们表明，CMB透镜潜力是高度相关的ISW信号。我们构建了一个接近最优估计的局部非高斯参数$\fnl$和调查在何种程度上，我们可以使用这个来减少${\fnl}$的方差。我们发现，方差可以减少到$20\%$在普朗克灵敏度使用星系计数。CMB透镜是一个很好的偏差独立的ISW示踪剂，为未来更敏感的观测，虽然分数减少方差是小的，如果良好的偏振数据也可。
2010-09-08 astro-ph.CO
Measuring galaxy cluster masses with CMB lensing using a Maximum Likelihood estimator: Statistical and systematic error budgets for future experiments
我们发展了一个极大似然估计（MLE），通过引力透镜对宇宙微波背景（CMB）的温度和偏振各向异性的影响来测量星系团的质量。我们表明，在低噪声水平的温度下，这种最佳估计优于标准的二次估计的一个因素。对于偏振，我们表明，斯托克斯Q/U地图可以用来代替传统的E-和B-模式的地图，而不会丢失信息。我们测试和量化的潜在的系统误差的全面列表中恢复的透镜质量的偏差。使用现实的模拟，我们研究集群质量的不确定性，从CMB集群透镜作为实验的光束大小和噪声水平的函数。我们预测，对于SPT-3G，AdvACT和Simons Array实验，10，000个集群的集群质量不确定性将为3 - 6%，对于CMB-S4实验，样本包含100，000个集群，不确定性将小于1%。来自CMB偏振的质量约束对实验光束大小和图噪声水平非常敏感：对于光束大小或噪声水平的三个因子的减小，透镜化信噪比提高了大约两个因子。
2017-08-17 astro-ph.CO
A Foreground-Immune CMB-Cluster Lensing Estimator
本文提出一种前景免疫的CMB温度星系团透镜估计器，通过叠加方法抑制tSZ偏差并验证其对kSZ和位置误差的稳健性，信噪比与MLE和QE相当，并预测了SPT-3G、SO、FYST和CMB-S4等巡天的星系团质量约束精度。
2023-08-11 astro-ph.CO
Running the small-correlated-against-large estimator at scale: Applications of small-scale CMB lensing estimators on realistic simulations
University of Toronto（多伦多大学）；Southern Methodist University（南卫理公会大学）；Arizona State University（亚利桑那州立大学）
SCALE估计器通过小尺度CMB棱镜测量提升宇宙学参数约束，尤其在中微子质量估计和暗物质模型检验中具有显著贡献。
2026-01-21 astro-ph.CO
Optimal CMB estimators for bispectra from excited states
我们提出了从激发态的双谱的最佳估计。这种双谱的两个共同的性质是共线极限的增强，以及振荡特征的预测。我们回顾了激发态背后的物理和文献中的一些选择。我们表明，折叠模板是一个很好的模板在共线限制，但在其他地方做得不好，建立一个强有力的情况下，改进的估计。尽管双谱的详细尺度依赖性取决于各种假设而不同，但是通常预测的双谱实际上是1维或2维的，并且简单的傅立叶基足以用于精确重构。对于最佳CMB数据分析，结合所有n点函数，在计算功率谱、双谱和高阶关联函数时，激发态的选择需要相同。情况并非总是如此，这可能导致错误的结论。我们计算的双谱为不同的选择先前讨论的功率谱，建立一个一致的框架，以寻找证据的激发态的CMB数据。
2015-05-21 astro-ph.CO
Estimators for the cross-pairwise kSZ effect: forecasts for the dark energy and modified gravity parameters with Simons Observatory and CMB-S4
提出交叉成对kSZ估计量，通过将星系团与光谱巡天星系配对并叠加以降低噪声提升信噪比，结合未来CMB实验和星系巡天数据，显著改善暗能量和修改引力参数的预测精度。
2025-05-02 astro-ph.CO
Gravitational Lensing of the CMB: a Feynman Diagram Approach
本文发展了一种费曼图方法来计算存在畸变时的宇宙微波背景（CMB）的关联。作为一个应用，我们专注于由于大尺度结构（LSS）的引力透镜的CMB失真。我们研究了用于从CMB中提取透镜效应的Hu-Okamoto二次估计，并推导出了透镜效应势$ϕ$中直到${\mathcal O}(ϕ^4)$的估计的噪声。通过重新组织$ϕ$展开，可以显著减少前面提到的大${\mathcal O}(ϕ^4)$项。我们的方法使得它很容易获得基于任何CMB通道的二次估计表达式。我们简要地讨论其他应用宇宙学的这种图解方法，如扭曲的CMB由于补丁再电离，或由于法拉第旋转从原始轴子场。
2014-07-11 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
CMB lensing reconstruction using cut sky polarization maps and pure-$B$ modes
对CMB透镜信号的详细测量是正在进行的地基CMB偏振实验的一个重要科学目标，这些实验正在以高分辨率绘制小块天空中的CMB。在这项工作中，我们模拟CMB偏振透镜重建的$EE$和$EB$二次估计与当前一代的噪声水平和分辨率，并表明，没有边界效应的已知和预期的零阶和一阶$N^{(0)}$和$N^{(1)}$偏差提供了一个足够的模型，非信号的贡献的透镜功率谱估计。小的天空区域对偏振透镜重建提出了许多额外的挑战，包括$E$模式泄漏到$B$模式。我们展示了如何简单的窗口估计器使用过滤纯$B$模式可以大大减少掩模诱导的平均场透镜信号，并减少方差的估计。这提供了一种简单的方法（用于最近的观察），为更优化但昂贵的逆方差滤波提供了一种替代方案。
2014-07-19 astro-ph.CO
Searching for patchy reionization from cosmic microwave background with hybrid quadratic estimators
我们提出了一个混合二次估计来测量引力透镜的宇宙微波背景（CMB）和微分屏蔽效应所产生的电子柱密度的波动，如可能产生的补丁再电离之间的交叉相关性。的混合二次估计验证模拟数据集与普朗克和CMB-第4阶段（CMB-S4）仪器属性，并发现能够恢复互功率谱几乎没有偏见。我们将这种技术应用于普朗克2015年的温度数据，并获得了引力透镜和差分屏蔽效应之间的互功率谱。仅凭普朗克数据无法检测到斑块再电离诱导的交叉功率谱，但未来的实验，如CMB-S4，将能够稳健地测量预期的信号，并提供关于再电离的新见解。
2018-08-05 astro-ph.CO
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
Lensing Simulation and Power Spectrum Estimation for High Resolution CMB Polarization Maps
我们提出了有效的算法，CMB透镜模拟和功率谱估计的平坦天空CMB偏振图。我们建立了一个纯B模式估计，以弥补由于部分天空覆盖E到B泄漏。我们证明了我们的估计是无偏的，并且与预测误差一致。我们证明了我们的算法，使用模拟观测的小天空补丁与现实的噪声和权重即将到来的CMB偏振实验。
2013-06-28 astro-ph.CO
CMB lensing power spectrum without noise bias
针对CMB弱透镜化功率谱估计中高斯噪声偏差扣除的精度限制与计算成本问题，提出一种仅依赖数据且避免偏差扣除的新估计量，在非均匀噪声和掩膜下保持稳健，并可推广至大尺度结构等领域的四点相关函数估计。
2024-08-21 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
The CMB Bispectrum, Trispectrum, non-Gaussianity, and the Cramer-Rao Bound
量化局部模型非高斯性的参数fnl的最小方差估计可以从宇宙微波背景（CMB）双谱（三点函数）和三谱（四点函数）构造。有些人认为，通过比较双谱和三谱的fnl估计值，可以对模型进行一致性检验。但其他人认为，饱和的Cramer-Rao界的双谱估计意味着没有进一步的信息fnl可以从三谱。在这里，我们阐述的性质之间的相关性的双谱和三谱估计的fnl。我们表明，这两个估计成为统计独立的限制大量的CMB像素，因此，三谱估计确实提供额外的信息FNL超出了从双谱。我们解释了这个结论是如何与Cramer-Rao界相一致的。我们对克拉美-拉奥界限的讨论可能对那些在物理学的其他领域中进行费舍尔矩阵参数估计预测或数据分析的人也有意义。
2010-10-01 astro-ph.CO
Needlet estimation of cross-correlation between CMB lensing maps and LSS
在本文中，我们开发了一种新的基于针估计研究之间的互相关宇宙微波背景（CMB）透镜地图和大尺度结构（LSS）数据。我们比较这个估计与谐波对应，特别是，我们分析了不同形式的掩蔽的偏差效应。为了解决这种偏见，我们还实施了一个主样技术的针头的情况下。由此产生的估计结果是有一个非常好的信号噪声性能。我们的分析旨在扩展和优化CMB-LSS互相关研究的操作域，类似于CMB针数据分析。它的动机特别是下一代实验（如欧几里得），这将使我们能够通过CMB和LSS之间的互相关测量得到更严格的约束宇宙学和天体物理参数。
2016-11-27 astro-ph.CO
Fast scalar quadratic maximum likelihood estimators for the CMB B-mode power spectrum
构造一个快速有效的宇宙微波背景（CMB）B模功率谱估计器对CMB科学研究具有重要意义。对于一般的CMB测量，二次极大似然（QML）估计已被证明是具有最小不确定性的最优估计，但它的计算是非常昂贵的。在这篇文章中，我们提出了两个新的QML方法的B模式功率谱估计。我们使用Smith-Zaldarriaga方法来制备纯B模式图，并使用E模式回收方法来获得无泄漏的B模式图。然后，我们使用标量QML估计来分析标量纯B映射（QML-SZ）或B模式映射（QML-TC）。QML-SZ和QML-TC估计量具有与标准QML估计量相似的误差条，但其计算成本几乎小一个数量级。其基本思想是利用Smith-Zaldarriaga（SZ）提出的E-B分离方法或考虑模板清洗（TC）技术的E-B分离方法构造纯B模CMB映射，然后对这些标量场应用QML估计。通过模拟天基和地基探测器的潜在观测值，将这些估计与传统的QML估计和纯B模伪Cl估计的相应结果进行比较，检验了它们的可靠性。
2021-07-30 astro-ph.CO astro-ph.IM
A Monte Carlo comparison between template-based and Wiener-filter CMB dipole estimators
我们回顾并比较了文献中讨论的两种不同的CMB偶极子估计器，并通过蒙特卡罗模拟评估其性能。第一种方法相当于简单的模板回归与部分天空数据，而第二种方法是一个最佳的维纳滤波器（或吉布斯采样）的实现。这两种方法之间的主要区别是，后一种方法考虑了与高阶CMB温度波动的相关性，这些波动是由不完整天空上的非正交球谐函数引起的，对于最近的CMB数据集（如普朗克）来说，这是不确定性的主要来源。对于81%的可接受天空分数和对应于最佳拟合普朗克2018 $Λ$ CDM模型的角CMB功率谱，我们发现维纳滤波器方法恢复的偶极子振幅的不确定性比模板方法小约6倍，分别对应于0.5和3 $~μ$ K。类似的相对差异，发现相应的方向参数和其他天空分数。我们注意到，维纳滤波器算法通常适用于任何偶极子估计问题上的不完整的天空，只要一个统计和计算易处理的模型是可用于未掩蔽的高阶波动。本文所述的方法形成了普朗克最近确定CMB太阳偶极子的数值基础，如arXiv：2007.04997所总结的。
2020-07-13 astro-ph.CO
CMB lensing with shear-only reconstruction on the full sky
本文推导了全天空仅剪切CMB透镜估计器及其m=2多极推广，并提出基于奇异值分解的可分离近似以高效计算，模拟验证其能有效抑制河外前景偏差。
2023-09-22 astro-ph.CO
Optimal constraints on primordial gravitational waves from the lensed CMB
我们演示了如何在理想条件下获得透镜宇宙微波背景（CMB）数据中原始引力波分量的最佳约束。首先，我们推导出张量标量比，$r$，通过使用误差控制密切近似的确切后，高斯原始CMB和透镜偏转电位的假设下，估计。这将快速内部迭代透镜重建与未透镜化CMB的最佳恢复相结合。我们评估其性能的模拟低噪声极化数据针对复合峰。我们仔细地证明了我们的$r$ -后验估计是最佳的，没有显着的偏差，使其成为最强大的估计原始引力波从CMB。我们比较这些限制，从$B$模式带功率似然分析相同的模拟数据，之前和之后的地图级二次估计delensing，迭代delensing。在内部，迭代去透镜的频带功率平均仅略低（低于10%），有望接近第四阶段CMB实验的最佳约束。
2019-01-28 astro-ph.CO
Small Correlated Against Large Estimator (SCALE) for Cosmic Microwave Background Lensing
提出SCALE估计器，利用大尺度与小尺度温度梯度功率相关性重建CMB透镜信号，无需图级重建，信噪比可提升至二次估计器的1.5倍。
2023-02-26 astro-ph.CO
CMB Delensing with Neural Network Based Lensing Reconstruction in the Presence of Primordial Tensor Perturbations
下一代CMB实验有望以高精度约束张量标量比$r$。去透镜化是一个重要的过程，因为所观察到的包含原始张量扰动信号的CMB $B$模式偏振由由于引力透镜化而产生的大得多的贡献主导。为了成功地做到这一点，探索超越传统的二次估计（QE）（这将成为下一代实验的次优）和最大后验估计（目前仍在开发中）的透镜重建方法是有用的。在Caldeira等人2020年的研究中，作者证明了使用ResUNet架构的神经网络（NN）方法在透镜重建性能方面优于QE，并且与迭代估计器相比略次优。在这项工作中，我们进一步使用标准的去透镜流水线来评估这些估计器在原始张量扰动的地图上的去透镜性能，并表明NN估计器的\emph{delensing}性能是最佳的，与收敛的迭代估计器的性能一致，当在一套使用$r=0.01$和$r=0.001$的模拟上测试CMB阶段的$12.7^{\circ} \times 12.7^{\circ}$地图时，4类似偏振噪声水平$1\,μ\rm{K\,arcmin}$和1“光束。我们发现，为了去透镜化的目的，有必要在去除了$l<l_{\rm{cut}}$的一组CMB图上对NN进行训练和评估，以避免在最终去透镜化的$B$模式功率谱$l<l_{\rm{cut}}$的感兴趣的尺度上的虚假相关性，类似于先前对于QE和迭代估计器已知的。我们还提出了各种NN训练技术，可以扩展为同时处理前景和更复杂的工具效果，其…
2022-10-13 astro-ph.CO
Extragalactic Foreground Contamination in Temperature-based CMB Lens Reconstruction
我们讨论了未解决的点源污染的影响，估计的CMB透镜潜力，从组件，如热Sunyaev-Zel'dovich效应，无线电点源，和宇宙红外背景。我们分类可能的三谱与这样的源人口，并构建估计的幅度和尺度依赖的几个主要的三谱。我们展示了如何传播这些源trispectrum的分析模型的偏见透镜。我们还构建了一个“源硬化”的透镜估计的经验显着较小的偏差时，暴露于未解决的点源比标准的二次透镜估计。我们证明了这些想法在实践中使用的天空模拟Sehgal等。例如，用于模拟ACT、SPT和Planck的宇宙方差有限实验。
2013-10-28 astro-ph.CO
Maximum a posteriori CMB lensing reconstruction
宇宙微波背景辐射的引力透镜效应是一个有价值的宇宙学信号，它与大尺度结构的示踪物相关，并且是原始$B$模式偏振的重要混淆源。国家的最先进的透镜重建分析使用二次估计，这是很容易适用于数据。然而，这些估计是次优的，特别是对于极化，预计大的改进是可能的高信噪比极化实验。我们开发了一种方法和数值代码，$\rm{LensIt}$，这是能够有效地找到最可能的透镜映射，引入没有显着的近似透镜CMB的可能性，并适用于波束和屏蔽数据与非均匀噪声。它的工作原理是迭代重建原始的unlensed CMB使用的偏转估计和它的逆，并从这些地图与二次估计技术去除残余透镜。由于迭代搜索的快速收敛以及透镜的局部性质，保持了大致线性的计算成本。该方法实现了最大的改善，预期从分析考虑的天空的未掩蔽部分的信号噪声。与CMB第四阶段配置中的二次估计相比，使用该最佳映射去透镜化导致预测张量-标量比参数误差提高了一个因子$\simeq 2 $。
2019-02-04 astro-ph.CO
High-resolution CMB bispectrum estimator with flexible modal basis
本研究提出结合KSW与Modal估计器优势的高分辨率CMB双谱估计流水线，优化四面体数值积分方法，基于Planck 2018数据约束高振荡原初非高斯模型未获显著证据，方法可用于未来巡天。
2023-05-24 astro-ph.CO
Optimal filtering for CMB lensing reconstruction
即将进行的地基宇宙微波背景实验将提供具有高灵敏度和分辨率的宇宙微波背景图，可用于高保真度透镜重建。然而，天空覆盖将是不完整的，噪声高度各向异性，所以需要优化的估计器从地图中提取最多的信息。我们专注于基于二次估计的透镜重建方法，快速实现，并比较新的更优化的过滤估计与各种估计，以前曾在文献中使用。可以使用共轭梯度（或其他）技术对输入CMB图进行最佳逆信号加噪声滤波，以考虑噪声各向异性。然而，从这些滤波的输入图的透镜化重建具有对透镜化信号的各向异性响应，并且难以直接解释。我们描述了一个第二阶段过滤的透镜映射和解析响应模型，可以用来构建透镜功率谱估计，占各向异性响应和噪声不均匀性在近似最佳的方式，同时保持快速计算。我们比较了即将到来的西蒙斯天文台和CMB第4阶段实验的模拟结果，以显示更优化的透镜重建管道的鲁棒性，并量化了与不太优化的估计器相比的改进。我们发现一个显着的改善，在重建的透镜功率方差最佳各向异性和各向同性滤波的CMB地图之间，和高达30%的改善方差通过使用额外的过滤步骤的重建电位图。我们的近似解析响应模型是无偏的，在一个小的10-水平的额外的Monte Carlo校正。
2019-09-05 astro-ph.CO
Foreground-immune CMB lensing reconstruction with polarization
已知河外前景会在基于温度的CMB透镜重建中产生显著的偏差。已提出若干技术，包括"源硬化“和”纯剪切估计数“，以减轻污染，并已证明在减少前景引起的偏差方面非常有效。在这里，我们将这两种技术扩展到偏振，这将是未来实验中CMB透镜重建的重要组成部分，并分析研究“大透镜”限制，以深入了解前景偏差的起源和缩放，以及对其轮廓的敏感性。使用极化点源的模拟，我们估计了西蒙斯天文台和CMB-S4类（基于偏振的）透镜重建的预期偏差，发现对前者的偏差是微小的，而对后者的偏差在小尺度（$L\sim1000-2000$）下可能是不可忽略的。特别是，我们表明，对于CMB-S4样的实验，点源硬化估计的最佳线性组合可以减少（点源引起的）偏见CMB透镜功率谱高达两个数量级，在$\sim4\%$噪声成本相对于全球最小方差估计。
2023-01-23 astro-ph.CO
Non-Gaussianity in Cosmology: from Inflation to the CMB
暴胀扰动的非高斯性，如双谱（或三点相关器）中所编码的那样，已经成为区分暴胀模型的一个重要的额外方式，超越了功率谱的线性高斯扰动量。这篇论文回顾了我在这些非高斯性的理论和观测方面的工作。在第一部分中描述了一种形式主义，称为长波形式主义，它提供了一种方法来计算多场暴胀中的非高斯性。这种形式主义的各种类别的模型，以及其扩展的应用程序，也被处理。在第二部分中的估计，称为面元双谱估计，它允许从数据的宇宙微波背景辐射（CMB）的非高斯信息的提取。特别是，它是应用于普朗克卫星数据的三个估计值之一，以提供目前对原始非高斯性的最佳约束。各种扩展的估计和所得结果进行了讨论。
2021-07-22 astro-ph.CO
Optimal multifrequency weighting for CMB lensing
在宇宙微波背景（CMB）温度图的河外前景导致显着的偏差在CMB透镜重建，如果没有适当的考虑。多频率数据的组合已被用于最小化总体地图方差（内部线性组合，或ILC），或具体地使给定前景无效，但这些并不适合于CMB透镜效应。在本文中，我们推导出一个最佳的多频率组合，以共同最小化CMB透镜噪声和偏差。我们专注于标准的透镜二次估计，以及“剪切”和源硬化估计，其响应前景不同。我们发现，一个最佳的多频组合是ILC和联合解投影之间的妥协，它使热Sunyaev-Zel'dovich（tSZ）和宇宙红外背景（CIB）的贡献。特别是，对于一个西蒙斯观测器样实验与$\ell_{\text{max},T}=3000$，我们发现，单独的轮廓硬化（与标准的ILC）减少了偏见的透镜功率幅度由$40\%$，在噪声的$20\%$成本，而偏差的互相关与LSST样样本减少了近一个数量级的$10\%$噪声成本，相对于标准的二次估计。通过少量的联合解投影，相对于具有标准ILC权重的轮廓硬化估计器，在分别用于自相关和互相关的$20\%$和$5\%$噪声成本下，对轮廓硬化估计器的偏差可以进一步减小到小于相应幅度上的统计不确定性的一半。最后，我们探讨了更积极的掩蔽和不同的$\ell_{\text{max,}T}$可能的改进。
2021-12-06 astro-ph.CO
The binned bispectrum estimator: template-based and non-parametric CMB non-Gaussianity searches
我们描述了用于2013年和2015年欧空局普朗克卫星温度和偏振CMB图的官方分析的分箱双谱估计器的细节。该估计器的定义方面是确定已在谐波空间中合并的映射双谱（3点相关器）。对于映射中的非高斯性的参数确定（所谓的fNL参数），采用该分箱双谱与理论激励模板的内积。然而，作为补充方法，也可以使用可变平滑尺度来平滑分箱的双谱，以便抑制噪声并使相干特征在噪声之上突出。这允许人们以模型独立的方式寻找任何统计上显著的双谱信号。这种方法是有用的特征的双谱形状的银河前景发射，其中的双谱各向异性的理论预测是缺乏的，并检测一个偶然的原始信号，其中的理论模板尚未提出。本文介绍了基于模板和非参数的方法。
2016-06-01 astro-ph.CO
Towards a fast, model-independent Cosmic Microwave Background bispectrum estimator
对宇宙微波背景（CMB）涨落统计特性的测量使我们能够探索宇宙的早期物理，特别是在暴胀时期。一个特别的兴趣在于检测CMB的非高斯性，因为它可以限制目前提出的模型的通货膨胀和结构形成，或可能指出新的模型。目前的方法来衡量的非高斯的CMB的程度是估计一个单一的参数，这是高度依赖于模型。双谱是一种自然的和广泛研究的工具，用于以与模型无关的方式测量非高斯性。本文提出了一个完整的CMB双谱估计的基础上分解的领域投影补丁。这种方法估计的平均双谱可以快速计算，并且与模型无关。这种方法非常灵活，允许在处理中排除一些面片，或者只考虑球体的特定区域。
2011-06-06 astro-ph.CO
An optimal estimator for resonance bispectra in the CMB
我们提出了一个（最佳）估计的CMB双谱包含crumically间隔振荡。有巨大的理论兴趣，这样的双谱，他们预测的模型，包括轴子单值模型的通货膨胀和初始状态修改过多。由于多极子双谱的离散分辨率，双谱中分辨的数学振荡的数量是有限的。我们推导出一个简单的关系，解决振荡的最大数量和频率。我们研究了几种分解原始双谱的方法，并得出结论，动量之和的一维展开$\sum k_i = k_t$是最有效和灵活的方法。我们在多极空间中的准确结果进行比较的扩展和$ω_{\rm eff}=100$表明，$\mathcal{O}(10^3)$模式是足够的准确重建。我们计算预期的$σ_{f_{\rm NL}}$，并发现在有效场论（EFT）的整体信号噪声尺度为$S/N\propto ω^{3/2}$。仅使用温度数据，我们找到由EFT设置的频域的$S/N\sim\mathcal{O}(1-10^2)$。
2014-12-10 astro-ph.CO
An improved estimator for non-Gaussianity in cosmic microwave background observations
讨论了一种改进的宇宙微波背景（CMB）双谱局域型非高斯振幅fnl估计方法。标准估计器被构造为在零信号中是最优的（即，高斯）极限。当应用于CMB地图，具有可检测的非高斯性水平的标准估计不再是最佳的，可能限制了未来的观测非高斯信号的灵敏度。以前的研究提出了一种改进的估计，通过使用实现依赖的归一化。这些研究表明，在平坦的天空和消失薄的最后散射表面的近似下，当应用于非高斯CMB地图时，这种改进的估计量的方差可以显着小于标准估计量的方差。在这里，这种技术被推广到全天空，包括全辐射传递函数，产生表达式的改进估计，可以直接应用到CMB地图。与标准估计器相比，在面对显着的非高斯信号时，该估计器降低方差的能力使用完整的CMB传递函数重新评估。由于后期积分的Sachs-Wolfe效应，改进的估计器的性能下降。如果CMB地图首先使用前景结构的示踪剂（例如星系巡天或CMB弱透镜效应的测量）清除后期ISW效应，则新的估计量确实去除了大部分多余的方差，从而允许fnl的更高显著性检测。
2012-11-14 astro-ph.CO hep-ph
Optimal estimator for the amplitude of the bispectrum from IR sources
我们设计了一个快速和最佳的估计器的双谱的幅度聚类红外（IR）点源。我们展示了如何估计可以占部分天空覆盖和非均匀噪声的情况下。预期的检测意义提出的信号噪声，发现IR双谱将实际上是无法检测到低于220 GHz的普朗克实验，相反，检测可以实现，或以上，220 GHz，特别是如果CMB被删除。我们还展示了如何将此估计与无线电和CMB非高斯估计相结合，以建立联合鲁棒约束。一方面，我们发现，对于类普朗克实验，CMB非高斯估计可以从点源贡献中解耦，除非很少的源被屏蔽。另一方面，我们发现无线电和红外非高斯性的估计是强耦合的，这降低了它们单独的检测意义。
2012-11-16 astro-ph.CO
Suppressing the thermal SZ-induced variance in CMB-cluster lensing estimators
从宇宙微波背景温度图的引力透镜中精确测量星系团质量取决于减轻星系团自身的热Sunyaev-Zel'dovich（SZ）效应信号的潜在偏差。二次透镜估计器使用一对映射来提取透镜信号：大尺度梯度映射和小尺度透镜映射。SZ偏差可以通过在该对中使用无SZ图来消除，由于信噪比原因，梯度图是有利的。然而，虽然这种方法消除了偏差，但小尺度透镜图中的SZ功率增加了额外的方差，这对于高质量集群和低噪声调查来说可能变得很重要。在这项工作中，我们提出了一个SZ模板，以减少SZ方差投影。模板拟合后的任何残留SZ信号与无SZ梯度图不相关，因此不会使质量测量产生偏差。对于由即将到来的CMB-S4或西蒙斯天文台实验观察到的$4\times 10^{14}$ $M_{\odot}$以上的大规模集群，我们发现模板拟合方法将使集群透镜信噪比增加1.4倍。
2019-11-15 astro-ph.CO
A cross-bispectrum estimator for CMB-HI intensity mapping correlations
针对HI强度映射前景减除损失长波模式导致与CMB透镜交叉关联降低的问题，提出交叉双谱估计量，结合观测数据预测可实现亚百分比级宇宙学参数约束，性能对标下一代星系红移巡天。
2025-10-29 astro-ph.CO
Robust and efficient CMB lensing power spectrum from polarization surveys
本研究提出基于单一优化透镜质量图的CMB透镜功率谱估计方法，结合掩膜和真实噪声处理，实现稳健且最优的约束，适用于中微子质量等参数推断。
2023-11-14 astro-ph.CO
Real space lensing reconstruction using cosmic microwave background polarization
我们开发了一种方法，重建透镜场从透镜CMB温度和偏振图在真实空间中作为替代谐波空间估计目前使用的扩展现有的真实空间透镜估计温度偏振。真正的空间估计的优点是本地的性质，因此，他们配备了处理不均匀的天空覆盖，特别是银河切割和点源切除，发现在实验数据。我们描述了这些估计的一些性质和局限性，并在模拟的普朗克，AdvACT和CMB-S4噪声地图上进行测试。我们表明，大规模的透镜场的重建是准确的，和偏振重建改善那些从CMB温度图为未来的实验预期。高保真的透镜映射可以用未来的实验来重建，比如CMB-S4。
2017-09-07 astro-ph.CO
Properties and use of CMB power spectrum likelihoods
快速鲁棒的方法来计算小尺度上的CMB观测的似然一般依赖于一组功率谱估计及其协方差的基础上的近似。我们调查这些近似的最优性，如何准确的协方差需要，以及如何从模拟估计协方差。对于一个简单的方位对称情形，我们比较了混合伪C_1 CMB功率谱估计的最优性与精确结果，表明信息损失是不可忽略的，但也不足以对标准参数约束产生很大影响。然后，我们讨论了估计模拟协方差所需的样本数量，有和没有一个良好的解析近似，并评估使用收缩估计。最后，我们讨论了如何结合近似的高-单元似然与更精确的低-单元调和空间似然，作为一种实用的方法，在所有尺度上精确的似然计算。
2009-04-08 astro-ph.CO
Lensing Bias to CMB Polarization Measurements of Compensated Isocurvature Perturbations
补偿等曲率扰动是重子和暗物质密度的相反空间涨落。它们出现在弯曲子模型和一些重子生成模型中。虽然重子涨落的引力效应被DM的引力效应所补偿，在一阶时对宇宙微波背景（CMB）没有可观测到的影响，但它们在复合时调制了声视界，从而使不同多极子的CMB各向异性相关联。因此，可以使用类似于引力透镜的CMB检测的二次估计器来重建CIP。然而，由于这些相似之处，CIP估计量存在偏差，必须减去透镜贡献。这些透镜的贡献CMB偏振测量的CIP被发现大致三倍的噪声功率的总CIP估计大规模。另外，温度交叉功率和$E$模偏振分别受到透镜-ISW（integratedSachs-Wolfe）关联和再电离-透镜关联的影响。对于测量多极$l_{\max} = 2500$的宇宙方差限制（CVL）温度和偏振实验，透镜噪声将检测阈值提高了1.5倍，从而使曲率模型中最大CIP信号的$2.7σ$检测成为可能。
2017-08-03 astro-ph.CO
The Kullback-Leibler Divergence as an Estimator of the Statistical Properties of CMB Maps
大尺度宇宙微波背景图中未减前景残差的识别对于偏振信号的分析至关重要。这些残差向数据添加了非高斯贡献。我们提出的Kullback-Leibler（KL）分歧作为一个有效的，非参数测试的一点概率分布函数的数据。在信息论的激励下，KL分歧考虑了整个分布范围，并且是高度非局部的。我们通过分析普朗克2013年SMICA温度波动图的大尺度来证明它的使用，并发现它与预期的分布在6%的水平上一致。比较使用更流行的Kolmogorov-Smirnov检验得到的结果，我们发现这两种方法是在一般协议。
2015-07-03 astro-ph.CO
Characterizing CMB noise anisotropies from CMB delensing
本文解析量化了CMB去透镜化引入的噪声平均场偏差，表明其对二次估计器影响显著（可达15%），但在似然估计器中可安全忽略，只需适当重归一化透镜图。
2025-10-22 astro-ph.CO
An Estimator for statistical anisotropy from the CMB bispectrum
对宇宙微波背景（CMB）的各种数据分析提供了统计各向同性破缺的观测线索。其中一些特征可以在暴胀理论中的原始矢量场的框架内进行研究，暴胀理论通常在功率谱和高阶关联函数中都显示出一定程度的统计各向异性。出于这些意见和最近的理论发展的研究原始矢量场，我们开发的形式主义必要的CMB温度各向异性的三点函数提取统计各向异性信息。我们采用了一个简化的矢量场模型和参数化的曲率波动的双谱的方式，所有的信息统计各向异性编码在一些参数lambda_{LM}（测量各向异性的各向同性的双谱振幅）。对于这样的模板双谱，我们计算lambda_{LM}和预期的信噪比的最佳估计。我们估计，对于f_{NL} ~ 30，像普朗克这样的实验可以对双谱的各向异性振幅与各向同性振幅之比敏感到10%。我们的研究结果是互补的信息来自功率谱分析，特别是相关的那些模型的统计各向异性被抑制在功率谱，但不能忽略的双谱。
2012-01-19 astro-ph.CO
ECLIPSE: a fast Quadratic Maximum Likelihood estimator for CMB intensity and polarization power spectra
本文提出了一种用于估计宇宙微波背景（CMB）功率谱的二次极大似然（QML）方法的优化实现ECLIPSE（Efficient CMB poLarization and Intensity Power Spectrum Estimator）。这种方法允许一个显着降低与此技术相关的计算成本，允许估计功率谱高达比以前的实现更高的多极。特别地，对于$N_\mathrm{side}=64$、$\ell_{\mathrm{max}}=192$和典型的银河掩模的分辨率，相对于该方法的有效直接实现，在包括强度和偏振的完整分析中，操作的数量可以减少大约1000倍。此外，如果只对研究偏振感兴趣，则可以在不降低结果的情况下进一步减少计算资源来获得E和B模式的功率谱。我们还表明，对于观测天空的一小部分的实验，Fisher矩阵变得奇异，在这种情况下，标准的QML不能应用。为了解决这个问题，我们已经开发了一个binned版本的方法，是无偏的，最小方差。我们还测试了QML估计的鲁棒性时，假设的基准模型不同于天空，并显示迭代方法的性能。最后，我们提出了一个比较QML和伪$C_{\ell}$估计（NaMaster）的下一代卫星所获得的结果，表明，正如预期的那样，QML在低多极产生显着较小的误差。在这项工作中开发的ECLIPSE快速QML代码将公开提供。
2021-07-29 astro-ph.CO
Bias hardened estimators of patchy screening profiles
本文针对CMB各向异性屏蔽探测中的透镜偏差问题，回顾了偏差来源，并将硬化技术应用于堆叠估计器，提出了在LSS示踪物上堆叠时消除透镜污染的策略，包括最优策略。
2025-06-20 astro-ph.CO
CMB Lensing - Power Without Bias
提出了一种新的无偏方法，用于从宇宙微波背景（CMB）观测数据中重建弱透镜偏转场的功率谱。所提出的方法是在对比CMB透镜重建的标准方法，其中重建偏差需要被减去，以估计透镜功率谱。这种偏差非常敏感地依赖于勘测的信号和噪声特性的建模，并且错误估计可能导致显著不准确的结果。我们的方法避免了这种偏见，因此需要表征详细的噪声特性的CMB实验。我们说明我们的方法与模拟透镜CMB地图与现实的噪声分布。这种无偏方法也可以扩展到为宇宙学中的其他四点函数创建更可靠的估计，例如那些出现在原始非高斯估计中的估计。
2010-11-29 astro-ph.CO
