Quantifying Excess Power from Radio Frequency Interference in Epoch of Reionization Measurements
我们量化的影响，射频干扰（RFI）测量的21厘米功率谱在再电离时代（EoR）。具体来说，我们研究了RFI源发射的频率结构如何在高阶波模式中产生污染，这比平滑频谱前景源更成问题。使用一个相对乐观的EoR模型，我们发现，即使是一个单一的相对暗淡的RFI源可以压倒模式$0.1 \text{ }h\text{ Mpc}^{-1} < k < 2 \text{ }h\text{ Mpc}^{-1}$的$\sim10\text{ mK}^2$的EoR功率谱信号。如果最终功率谱积分中的总表观RFI通量密度保持在1 mJy以下，则在没有其他系统性污染物且误差容限高达10%的情况下，对于模式$k < 0.9\text{ }h\text{ Mpc}^{-1}$，应该可以检测到类似于该乐观模型的EoR信号。更悲观的模型将更具限制性。这些结果强调了用于搜索EoR的望远镜需要高效的RFI缓解策略。
2020-08-11 astro-ph.CO astro-ph.IM
Why and When to Expect Gaussian Error Distributions in Epoch of Reionization 21-cm Power Spectrum Measurements
本文通过解析推导与数值模拟，给出两类再电离纪元21-cm功率谱估计器的误差分布闭式解，并阐明球箱功率谱误差呈高斯分布的条件及其对上限和宇宙学推断的影响。
2023-04-19 astro-ph.CO astro-ph.IM
Observations of the Cosmic Dawn and Epoch of Reionization with the SKAO: Observational Lessons Learned from Precursors and Pathfinder Instruments
本文总结了SKAO先导和探路者仪器在观测宇宙黎明和再电离纪元二十年中获得的观测经验，包括构建精确模拟管道、校准和减轻系统效应的方法，以及对未来SKAO观测设计的影响。
2026-06-25 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
Reionization and Cosmology with 21 cm Fluctuations
通过红移21厘米线测量中性氢的空间分布有望彻底改变我们对再电离时代和第一个星系的认识，并可能为从红移1<z<4观测宇宙学提供一个强大的新工具。在这篇综述中，我们讨论了最近的进展，我们的理论理解的时代的再电离（EoR），应用21厘米断层扫描宇宙学和测量的暗能量状态方程后再电离，仪器和观测技术共享的21厘米EoR和后再电离宇宙学机器。我们特别强调第一代21厘米波动仪器的预期信号和观测能力。
2009-10-16 astro-ph.CO astro-ph.IM
HI Epoch of Reionization Arrays
有几个可用的数据来约束星系际介质（IGM）的热历史，全球重组。到目前为止，大多数限制来自于对宇宙微波背景和光谱学的分析。然而，通过氢的1S超精细跃迁直接研究IGM相对于CMB的发射或吸收将能够广泛表征热历史和源群。新一代的无线电阵列正在开发中，以测量这种线路特征。明亮的前景发射和仪器校准模型的复杂性是重要的障碍。如何优化这些是不确定的，导致方法的多样性。我们讨论了最近的限制线亮度，阵列的努力，包括新的大孔径实验探测黑暗时代（LEDA），和下一代氢再电离阵列（HERA）的概念。
2012-01-09 astro-ph.CO astro-ph.IM
Statistical inversion of the LOFAR Epoch of Reionization experiment data model
LOFAR是一个新的和创新的努力，以建立一个射电望远镜在多米波频谱窗口操作。LOFAR最令人兴奋的应用之一将是寻找来自再电离时代（EoR）的红移21厘米线发射。目前认为，黑暗时代，即宇宙重新组合后变成中性的时期，一直持续到宇宙大约40万年。在EoR期间，物体开始在早期宇宙中形成，它们的能量足以吸收中性氢。实现这一科学目标所需的精确度和准确度，基本上可以转化为积累大量数据。描述LOFAR望远镜对天空强度分布的响应的数据模型的特点是参数的非线性和与所需宇宙学信号相比的大噪声水平。在这张海报中，我们提出了一个统计上最优的地图制作过程及其属性的实现。该方法的基本假设是噪声是高斯分布的，且与台站和频率通道无关，离线LOFAR处理可以显著提高数据的动态范围。这些假设符合我们对LOFAR再电离实验的预期。
2010-08-25 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
External Calibrator in Global Signal Experiment for Detection of the Epoch of Reionization
我们提出了一个概念设计研究的外部校准器在21厘米的实验对全球平均辐射的时代的再电离（EoR）检测。如果在短时间间隔内实现传统的三位置开关测量，则使用外部校准器代替当前EoR实验中常用的内部校准器可以消除仪器效应，例如波束图案、接收器增益和系统的不稳定性。此外，在新的设计中，天线系统被放置在具有打开/关闭天花板的地下消声室中，以最大限度地减少环境影响，例如RFI和地面辐射/反射。看来，本文提出的四个外部校准器中的三个，包括两个室内人工发射机和一个室外天体辐射（银河系偏振），不能满足我们的目的。银河弥散辐射的日运动是最有可能作为外部定标器的辐射源，为此我们讨论了观测策略和提取EoR信号的算法。
2021-05-20 astro-ph.CO astro-ph.IM
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
Estimating the Feasibility of 21cm-Ly$α$ Synergies using the Hydrogen Epoch of Reionization Array
再电离时代（EoR）21 cm和Ly $α$强度图的互相关有望成为探索第一个星系性质的有力工具。下一代强度测绘实验，如氢时代再电离阵列（HERA）和SPHEREx将分别通过21厘米和Ly $α$线的功率谱单独探测再电离，但将受到明亮前景和仪器系统学的限制。交叉关联这些测量可以减少系统性，可能会收紧对推断的天体物理参数的约束。在这项研究中，我们提出了预测的互相关考虑到准确的紫外线采样和前景滤波的影响，估计HERAxSPHEREx的可行性进行检测的21厘米-赖氨酸$α$交叉功率谱。我们还计划HERA和拟议的下一代宇宙黎明强度映射器之间的交叉功率谱的灵敏度。通过隔离的不确定性的来源，我们探讨了实验的限制，如前景滤波和LY $α$热噪声的不确定性，使检测的交叉功率谱的影响。然后，我们实现了这种策略的交叉功率谱和观测误差的模拟，以确定红移的基准21厘米FAST模型预测最高的信号-噪声检测（$z \sim 8$）。我们得出结论，SPHEREx-HERA互相关的检测将需要21 cm前景滤波的乐观水平，以及由于缺乏重叠敏感模式而导致的更深的热噪声集成，但对于具有更大范围尺度和更低噪声预测检测水平的CDIM，即使使用更严格的21 cm前景滤波也是可能的。
2022-02-18 astro-ph.CO astro-ph.IM
The Hydrogen Epoch of Reionization Array Dish I: Beam Pattern Measurements and Science Implications
氢再电离时期射电阵列（HERA）是一个射电干涉仪，旨在探测来自中性氢再电离时期（EOR）的21 cm涨落功率谱。借鉴默奇森宽场阵列（MWA）和探测再电离时代的精密阵列（PAPER）的经验，HERA是一个六边形阵列的大型（14米直径）天线与悬挂偶极子饲料。碟形天线不仅决定整体灵敏度，而且影响干涉仪中前景的观测频率结构。这是一系列四篇论文中的第一篇，通过模拟和测量来表征碟形天线的频率和角度响应。我们在本文中关注角响应（即，功率模式），其设置高延迟和低延迟的天空区域之间的相对权重，并因此设置视在源频率结构。我们使用Neben等人的ORBCOMM波束映射系统测量了137 MHz处的角响应。我们在最佳碟/馈源配置下测量了93 m^2的收集面积，这意味着HERA-320应该使用前景回避方法在z~9处检测EOR功率谱，信噪比为12.7，单季观测，和74.3使用前景减法方法。最后，我们研究了这些光束测量的前景在傅立叶空间中的分布的影响。
2016-12-07 astro-ph.CO astro-ph.IM
CCAT-prime: The Optical Design for the Epoch of Reionization Spectrometer
再电离时代光谱仪（EoR-Spec）将是CCAT-prime合作的Fred Young亚毫米望远镜（FYST）上的Prime-Cam接收器的仪器模块，这是一个6米主镜交叉Dragone望远镜。EoR-Spec将利用其法布里-珀罗干涉仪（FPI），逐步通过210至420 GHz之间的频率，对红移为3.5至8的恒星形成星系聚集体中的158 $μ$ m [CII]线进行线强度测绘，以追踪再电离时期宇宙结构的演变。在这里，我们提出的模块的光学设计，包括光学质量和其他关键参数的研究在图像表面。为了使用FPI实现所需的分辨率（R $\sim$ 100），在系统的Lyot光阑处具有高度准直的光束是很重要的;概述了使用四个透镜而不是其他Prime-Cam模块中使用的三个透镜来实现这一目标的优化过程。作为优化的一部分，我们测试了在这个交叉Dragone设计中用双锥透镜替换一些非球面透镜的效果，发现双锥透镜倾向于提高模块焦平面上的图像质量。
2022-08-19 astro-ph.CO astro-ph.IM
Measuring Light from the Epoch of Reionization with CIBER, the Cosmic Infrared Background Experiment
宇宙中第一代恒星的紫外线辐射电离了星系际介质，这一过程在z~6时完成;这些光子的波长已经红移了（1+z），成为今天的近红外线，可以使用位于地球大气层上方的仪器进行测量。宇宙红外背景实验（CIBER）于2009年2月首次飞行，由四个仪器组成，安装在一个可重复使用的探空火箭上。CIBER将使用两台宽带成像仪器测量再电离时期宇宙结构引起的河外红外背景中的空间各向异性，使用低分辨率光谱仪详细描述红外背景的光谱形状，并在我们的六个科学领域中使用高分辨率光谱仪测量Zodical光前景的绝对亮度。本文介绍了CIBER的科学动机和前两次飞行的详细情况，包括对首次飞行发表的科学结果的回顾和对未来再电离科学与CIBER数据的展望。
2011-01-08 astro-ph.CO astro-ph.IM
Bayesian power spectrum estimation at the Epoch of Reionization
我们介绍了一种新的方法进行鲁棒贝叶斯估计的三维空间功率谱的再电离时期（EoR），从干涉观测。这种技术的多功能性使我们能够提出两种方法。首先，当观测仅跨越少量独立空间频率（$k$ -模式）时，我们直接从描述EoR信号实现的球面功率谱系数采样。其次，当模型中包含的$k$ -模式的数量变大时，我们从球面功率谱和信号系数的联合概率密度中采样，使用Hamilton Monte Carlo方法有效地探索这个高维（$\sim$ 20000）空间。这种方法已成功地应用于模拟观测，其中包括同伴出版物中的天体物理现实前景（Sims等人。2016）。在这里，我们专注于详细解释该方法，并使用简单的前景模型来证明其有效性，并突出突出显示显著特征。特别是，我们表明，包括一个任意的平坦频谱连续前景，是$10^8$倍以上的EoR信号的功率没有检测到的影响，我们的参数估计的EoR功率谱恢复的数据。
2018-11-03 astro-ph.CO astro-ph.IM
AMBER: A Semi-numerical Abundance Matching Box for the Epoch of Reionization
再电离时期的绝对匹配盒（AMBER）是一个模拟宇宙黎明的半数字代码。新算法不是基于再电离的偏移集理论，而是采用新的方法计算再电离-红移场$z_\mathrm{re}(\boldsymbol{x})$，假设遇到较高辐射强度的氢气更早被光电离。根据给定的质量加权电离分数$\bar{x}_\mathrm{i}(z)$，在匹配电离质量丰度的同时分配红移值。该代码具有独特的优势，允许用户直接指定通过红移中点$z_\mathrm{mid}$，持续时间$Δ_\mathrm{z}$，和不对称$A_\mathrm{z}$输入参数的再电离历史。再电离过程由星系形成的最小晕质量$M_\mathrm{min}$和辐射转移的辐射平均自由程$l_\mathrm{mfp}$进一步控制。我们实现了改进的方法来构建密度，速度，晕，辐射场，这是必不可少的组成部分建模再电离观测。我们比较琥珀与其他两个半数值方法，发现我们的代码更准确地再现辐射流体动力学模拟的结果。并行代码比辐射转移模拟快四个数量级，将有效地实现大体积模型，全天空模拟观测和参数空间研究。AMBER将公开提供，以促进和改变EoR的研究。
2022-05-10 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
The Hydrogen Epoch of Reionization Array (HERA). Improvement of the antenna response with a matching network and scientific impacts
氢时代再电离阵列（HERA）是一个新的强大的射电望远镜，致力于早期宇宙的研究。它的主要目标是通过研究再电离时期中性氢21厘米发射信号的演变来确定第一批星系和恒星开始形成的宇宙时期。在这篇文章中，我们提出了一个电磁和电气共同模拟的天线进行CST。我们专注于我们的分析上的天线，特别是多个反射的接收信号之间的饲料和碟所造成的色效应的特性。这些反射会对科学结果产生重要影响，因此将其保持在尽可能低的水平至关重要。因此，我们目前正在开发一种匹配电路，其目的是改善馈电和前端之间的阻抗匹配。
2016-06-28 astro-ph.IM
The impact of interference excision on 21-cm Epoch of Reionization power spectrum analyses
我们调查的影响，干涉检测的实验正在追求的红移21厘米信号的再电离时代的检测。干扰检测导致样本偶尔被标记和拒绝。为了减少数据量，标记的样本通常在时间或频率平均或UV网格化期间（隐式地）内插。这是迄今为止尚未探索的系统偏差的21厘米功率谱，重要的是要了解目前的21厘米实验，以及即将到来的SKA时代的再电离实验的偏见。我们使用功率谱分析和高斯过程回归分析模拟数据。我们发现，标记和平均的组合会导致微小的光谱波动，从而导致“标记多余的功率”。这种多余的功率不会随着时间的推移而平均下来，如果没有额外的缓解技术，可以超过LOFAR观测中21厘米再电离信号的现实模型的功率。我们通过以下方式减轻了偏差：i）使用高斯加权插值方案实现一种新的方法来平均数据; ii）使用酉而不是逆方差加权的vibrant; iii）使用低分辨率的数据正演建模。在这些修改之后，这些修改已经集成到LOFAR EoR处理管道中，多余的功率减少了大约三个数量级，并且不再阻止21 cm信号的检测。
2019-01-15 astro-ph.IM
Linear Polarization of the 21 cm Line from the Epoch of Reionization
由于汤姆逊散射离开自由电子的21厘米线偏振可以探测中性氢在星系际介质中的分布在再电离的时代，补充21厘米的温度波动。先前的研究（Babich & Loeb 2005）用玩具模型估计了极化的强度，并声称可以通过平方公里阵列（SKA）的1个月观察来检测。在这里，我们重新审视这一调查与帐户的非线性条款，由于不均匀的再电离，使用数值再电离模拟提供现实的估计21厘米TE和EE角功率谱（$C^{\rm TE}_\ell$和$C^{\rm EE}_\ell$）。我们发现：（1）与以前的结果相比，两个功率谱在亚泡尺度上都增强了，而在超泡尺度上被抑制了：（2）$C^{\rm TE}_\ell$在$\ell<100$处有一个零交叉，其角标度对H I偏置的标度依赖性很敏感;（3）在给定的$\ell$（即$C^{\rm TE}_\ell / C^{\rm TE}_{\ell,{\rm max}} $和$C^{\rm EE}_{\ell}/C^{\rm EE}_{\ell,{\rm max}}$）下，再电离过程中功率谱与其最大值的比值与总电离分数有很强的相关性。然而，这种信号的测量将是非常具有挑战性的，不仅因为整体强度弱于SKA的灵敏度，而且还因为来自漫射同步辐射的偏振前景，以及法拉第旋转，其修改了观察到的偏振。然而，21 cm线性偏振信号仍然可能通过其他方法（例如，其与其他探针的互相关）检测到。
2021-08-30 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
The FHD/$\boldsymbol{\varepsilon}$ppsilon Epoch of Reionization Power Spectrum Pipeline
再电离时代数据分析对无线电干涉仪管道的精度要求达到前所未有的水平。我们已经开发了一种成像功率谱分析，以满足这些要求，并产生强大的21厘米EoR测量。在这项工作中，我们建立了一个信号路径的框架，数学上描述的分析中的每一步，从数据减少的FHD包的功率谱生成的$\varepsilon$ ppsort包。特别是，我们专注于FHD/ $\varepsilon$ ppsilon的显着特点：高度准确的光谱校准，广泛的数据验证产品，和端到端的错误传播。我们详细介绍了我们的主要数据分析产品，以促进对基于图像的功率谱分析中突出系统学的理解。为了验证我们的分析，我们还强调了一个完整的管道分析模拟，以证明信号的保存和缺乏信号丢失。这种仔细的处理确保了FHD/ $\varepsilon$ ppp功率谱管道可以减少无线电干涉测量数据，以产生可靠的21 cm EoR测量值。
2019-07-23 astro-ph.IM
LEDDB: LOFAR Epoch of Reionization Diagnostic Database
低频阵列（LOFAR）的关键科学项目之一是探测来自再电离时代（EoR）的宇宙学信号。在这里，我们提出了LOFAR EoR诊断数据库（LEDDB），用于存储，管理，处理和分析的LOFAR EoR观测。它存储从其校准中提取的观测和诊断参数的参考信息。这些存储的数据用于简化管道处理、监控望远镜的性能并可视化诊断参数，这有助于分析几种污染对信号的影响。它使用PostgreSQL实现，并通过psycopg2 python模块访问。我们已经开发了一个非常灵活的查询引擎，它是由一个Web用户界面来访问数据库，并通过其所有的多个维度的诊断参数的可视化的一套非常广泛的工具。
2013-02-18 astro-ph.IM cs.DB
Enabling Next Generation Dark Energy and Epoch of Reionization Radio Observatories with the MOFF Correlator
拟议中的21厘米宇宙学观测站用于研究再电离（z ~6-15）和暗能量（z ~0-6）的时代，设想了具有数万个天线元件的紧凑阵列。使用传统的XF或FX分解器完全关联这些元素在计算上是昂贵的，并且已经导致一些团体重新考虑直接成像/FFT分解器。在本文中，我们开发了一种变化的直接成像关联函数，我们称之为MOFF关联函数。MOFF关联函数具有直接成像关联函数的计算优势，同时避免了其许多缺点。特别地，MOFF关联函数对天线布置或类型没有限制，提供包括宽场偏振测量和非共面基线效应的完全校准的输出图像，并且对于紧凑的无线电宇宙学阵列，可以比XF或FX相关器更有效数量级。
2011-09-30 astro-ph astro-ph.IM
