Forecasts on Primordial non-Gaussianity from 21 cm Intensity Mapping experiments
我们预测能力的专用21厘米强度映射实验约束原始非高斯使用功率谱和双谱。我们使用广义晕模型方法对包括非线性偏置扩展的信号进行建模。我们认为前景滤波尺度和前景楔形的重要性。我们发现，目前这一代的强度映射实验，如CHIME没有足够的灵敏度与现有的限制竞争。另一方面，即将到来的实验，如HIRAX可以改善当前的约束和拟议的CRAMA实验可以大大改善他们，达到以下的$σ(f_{\rm NL})<5$等边和正交配置和$σ( f_{\rm NL}) < 1$的局部形状的灵敏度，如果良好的前景控制实现。
2020-11-26 astro-ph.CO
Simulated forecasts for primordial B-mode searches in ground-based experiments
检测暴胀引力波对宇宙微波背景（CMB）的$B$模式极化的印记是当前和下一代CMB实验的主要科学案例之一。在这项工作中，我们将探讨一些地面设施将不得不面对的挑战，以便在银河前景和相关的大气噪声的存在下进行这种测量。我们目前的预测阶段3（S3）和计划阶段4（S4）的实验的基础上，使用基于地图的贝叶斯前景清洗方法的模拟天空地图的分析。因此，我们的研究结果一致传播前景参数，如空间变化的光谱指数，以及测量的张量标量比$r$的不正确建模所造成的前景的偏见的不确定性。我们发现，S3和S4类实验应该能够把约束$r$的顺序分别为$σ(r)=(0.5-1.0)\times10^{-2}$和$σ(r)=(0.5-1.0)\times10^{-3}$，假设仪器系统的影响是在控制之下。我们进一步研究了偏离基准前景模型的情况，发现虽然第二个偏振尘埃成分对S3和S4的影响很小，但2%的偏振异常尘埃发射（AME）成分将在第4阶段实验中清楚地检测到。
2016-08-01 astro-ph.CO
Forecast of foreground cleaning strategies for AliCPT-1
针对AliCPT-1的DC1模拟数据，研究比较TF、cILC、ABS和GLS四种独立前景清除流程，验证其在r=0.023时可将残余污染控制在2σ误差内且不造成显著r估计张力。
2024-06-26 astro-ph.CO
Forecasting ground-based sensitivity to the Rayleigh scattering of the CMB in the presence of astrophysical foregrounds
在复合过程中产生的中性氢的宇宙微波背景（CMB）光子的瑞利散射有效地产生了一个额外的散射表面，复合后编码新的宇宙学信息，包括宇宙的膨胀和电离历史。首次探测到瑞利散射是下一代CMB实验的一个诱人目标。我们已经开发了一个瑞利散射预测管道，包括仪器效应、大气噪声和天体物理前景（例如，银河尘埃，宇宙红外背景，或CIB，和热Sunyaev-Zel'dovich效应）。我们预测了瑞利散射探测对即将到来的几个地基实验的意义，包括SPT-3G+，西蒙斯天文台，CCAT-prime和CMB-S4，并研究了大气和天体物理前景的限制以及潜在的缓解策略。当结合普朗克数据，我们估计，地面实验将检测到瑞利散射的显着性之间的1.6和3.7，主要是由大气噪声和CIB的限制。
2022-05-12 astro-ph.CO astro-ph.IM
Forecasts of CMB lensing reconstruction of AliCPT-1 from the foreground cleaned polarization data
本文研究AliCPT-1在去除前景后的CMB透镜重构，结合多频段数据采用NILC和cILC方法清理E-map和B-map，模拟显示透镜重构信噪比约4.5，达到stage-III望远镜水平。
2023-03-10 astro-ph.CO
Estimating the Impact of foregrounds on the Future Detection of Rayleigh scattering
在复合后不久，中性氢对宇宙微波背景（CMB）的瑞利散射在强度和偏振涨落上留下了依赖于频率的印记。对CMB瑞利散射的高信噪比观测将为复合物理学提供更多的见解，包括对原始氦分数、光遗迹密度和中微子质量总和等参数的更大约束力。然而，CMB瑞利散射的这种测量是具有挑战性的，由于天体物理前景的存在，这是更强烈的高频，其中的瑞利散射的影响是最突出的。在这里，我们预测CMB瑞利散射的可探测性，包括前景去除使用盲内部线性组合方法为一组不久的将来的调查。我们表明，大气的地面观测站和天体物理前景的影响构成了一个显着的障碍，以检测CMB瑞利散射的实验计划在这十年，虽然一个高意义的测量应该是可能的未来CMB卫星。
2022-05-09 astro-ph.CO astro-ph.IM
Removal of Galactic foregrounds for the Simons Observatory primordial gravitational wave search
西蒙斯天文台即将进行的观测预计将把张量标量比$r$限制在$σ(r)=$ 0.003的水平。在这里，我们更详细地描述了西蒙斯天文台的预测算法之一，清洁CMB偏振图使用参数模型的基础上。我们提出了一个新的代码来执行这种端到端的预测，并探讨了更详细的假设。如果同步辐射和热尘埃辐射的光谱能量分布的空间均匀性被假定在计划用于观测的区域上，覆盖几乎五分之一的天空，那么对于与当前数据一致的前景模型，预测$r$中1- 3阶$σ$的偏差。我们发现，通过掩盖天空中污染最严重的区域，或者通过采用更多的参数来描述同步加速器和尘埃的光谱指数的空间变化，这样的偏差可以减轻我们考虑的前景模型。我们还探讨了测试清洁CMB偏振图是否包含残留前景污染的策略，包括与跟踪前景的地图互相关。该方法也适用于其他CMB偏振实验。
2019-05-21 astro-ph.CO
The Squeezed Bispectrum from CHIME HI Emission and Planck CMB Lensing: Current Sensitivity and Forecasts
McGill University（麦吉尔大学）；Arizona State University（亚利桑那州立大学）；University of British Columbia（不列颠哥伦比亚大学）；National Research Council Canada（加拿大国家研究委员会）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
CHIME HI发射与Planck CMB偏折的压缩双谱研究，通过非线性引力耦合测量，旨在提高宇宙学参数的约束精度。
2026-01-06 astro-ph.CO
Galactic foreground constraints on primordial $B$-mode detection for ground-based experiments
偏振前景的污染是未来偏振宇宙微波背景（CMB）调查和原始$B$模式的潜在探测的最大挑战之一。未来的实验，如西蒙斯天文台（SO）和CMB-S4，将着眼于在天空中相对较小的区域（$f_{\rm sky} \sim 0.1$）进行非常深入的观测。在这项工作中，我们调查的预测性能，作为一个功能的调查领域的位置在天空中，在整个天空的区域，偏振前景避免和前景成分分离建模需求之间的平衡。要做到这一点，我们模拟观察SO样实验和测量的误差条检测的张量标量比，$σ(r)$，与管道，其中包括一个参数分量分离方法，相关分量分析，并使用Fisher信息矩阵。我们预测了覆盖整个天空的192个调查区域以及优化的低前景区域的性能。我们发现，建模的光谱能量分布的前景是最重要的因素，任何不匹配将导致残差和偏见的原始$B$模式。在这些噪音水平下，如果观测目标是接近银河系两极的天空中污染最少的区域，那么$σ(r)$对前景污染水平并不特别敏感。
2021-11-12 astro-ph.CO
Cosmology with Recombination Spectrum
精确测量宇宙复合光谱可以为观察早期宇宙提供一个全新的窗口。我们的目标是量化隐藏在宇宙复合谱中的信息，为此，我们开发了一种新的代码，遵循Ali-Haimoud和Hirata（2010），Ali-Haimoud（2013）提出的算法。我们的代码紧密基于COSMOSPEC代码[Chluba and Ali-Haimoud（2016）]。我们发现，使用Fisher信息矩阵，并假设前景可以通过使用更高或更低的频率通道和空间信息减去，超出检测将需要一个实验的灵敏度$25$倍更好的建议的实验PIXIE相比。这样的实验将能够测量宇宙学参数，其精度与CMB各向异性实验具有竞争力。最好的约束参数是重子能量密度，$Ω_{\rm b}$，原则上可以以令人难以置信的精度确定。我们还表明，氢线的形状连接到氢复合的速度，与复合线的峰值重合的复合率的峰值。一般来说，谱线的形状编码了关于作为红移函数的重组率的信息。
2019-10-31 astro-ph.CO
Foreground removal requirements for measuring large-scale CMB B-modes in light of BICEP2
BICEP 2在度尺度上探测到的B模偏振信号是由宇宙微波背景（CMB）引起的，最有说服力的确认是对其大尺度对应物的测量。我们评估了在天空的大部分扩散分量分离精度的要求，以测量对应于r=0.1-0.2的张量标量比的大规模B模式信号。我们使用Bonaldi & Ricciardi（2011）提出的方法来预测不同模拟实验的性能，同时考虑噪声和前景去除问题。我们不考虑工具系统学，我们含蓄地假设，他们不是主要来源的错误。如果是这样的话，即使对于关于前景清洁的准确性的保守假设，普朗克也可以实现r=0.1-0.2信号的确认。我们的预测表明，将该实验与BICEP 2相结合，将导致对r的约束提高25-45%。下一代CMB偏振卫星，在这项工作中由COrE实验代表，可以显着降低（几乎另一个数量级）r的不确定性。然而，在这种情况下，前景去除的精度对于充分受益于灵敏度的增加变得至关重要。
2014-07-23 astro-ph.CO
Consistency of Planck, ACT and SPT constraints on magnetically assisted recombination and forecasts for future experiments
原初磁场可以通过在小尺度上诱导重子密度的聚集来改变宇宙的复合历史。它们最近被提议作为缓解哈勃紧张局势的候选模型。我们使用普朗克、ACT DR 4和SPT-3G 2018的最新CMB数据，研究了简化模型中聚集因子参数$b$约束的一致性。对于单独的组合CMB数据，我们没有发现聚集不同于零的证据，但是当基于SH 0 ES团队的最新距离阶梯分析在$H_0$上添加先验时，我们报告了$b$的弱检测。我们对模拟数据集的分析表明，ACT DR 4相对于SPT-3G 2018具有更大的约束能力，这是由于TT波段功率的简并破坏能力（不包括在SPT中）。仿真还表明，两个数据集的TE，EE功率谱应该具有相同的约束功率。然而，ACT DR 4 TE，EE约束比预期更严格，而SPT-3G 2018约束则更宽松。虽然这是兼容的统计波动，我们探讨系统的影响，可能会导致这种偏差。总体而言，ACT结果仅与Planck或SPT-3G在$Λ$ CDM+ $b$和$Λ$ CDM内的$2-3σ$水平上略微一致，而Planck和SPT-3G一致性良好。将CMB数据与BAO和SNIa结合在一起，在95% c.l.处提供了b<0.4的上限。（b<0.5，无ACT）。在哈勃常数上加上一个基于SH 0 ES的先验，得到$b = 0.31^{+0.11}_{-0.15}$和$H_0=69.28 \pm 0.56$ km/s/Mpc（没有…
2021-09-08 astro-ph.CO
The Effects of Bandpass Variations on Foreground Removal Forecasts for Future CMB Experiments
用于研究宇宙微波背景的仪器的频带增益和中心频率随时间和系统的变化是数据到地图分析管道中的重要因素。如果没有适当的特征，它们可能会限制下一代实验消除天体物理前景污染的能力。不确定性包括仪器探测器波段，它可以在焦平面上系统地改变，以及用于测量波段的仪器的校准。一个潜在的主要影响是大气波动引起的随时间变化的增益和频带不确定性。更具体地说，大气条件的变化导致大气传输的频率相关变化，这反过来又导致仪器带通的有效增益和中心频率的变化。使用大气建模软件和ACTPol带通，我们模拟的预期变化的频带增益和中心频率为20，40，90，150和240 GHz频段的可降水量的水蒸气，观测角度和地面温度的函数。结合这些影响，使我们能够在一个完整的观测季节的过程中，在波段增益和中心频率的预期不确定性的最大和最小限制。然后，我们将不确定性引入到模拟CMB图上的参数最大似然分量分离方法中，以预测前景去除性能和张量标量比r上的似然性。我们的结论是，测量$σ(r=0)$ ~ $10^{-3}$与控制下的恢复$r$的偏差，相对增益和带通的中心频率的不确定度的限制必须分别<2%和<1%。我们还评论自校准带通不确定性的可能性。
2018-03-20 astro-ph.CO astro-ph.IM
Detecting the cosmological recombination signal from space
CMB的光谱畸变最近受到越来越多的关注。我们的宇宙学一致性模型的一个不可避免的失真信号是由宇宙学复合过程产生的，就在光子最后散射到红移$z\simeq 1100$之前一点。这些宇宙复合线，由氢和氦等离子体发射的，应该仍然是可观察到的微小偏离CMB黑体光谱中的厘米-分米光谱带。在本文中，我们提出了一个预测的可检测性的重组信号与未来的卫星实验。我们认为，认真考虑未来的CMB实验在空间应给予探测光谱失真，特别是，重组线信号。宇宙学复合辐射不仅可以确定标准的宇宙学参数，而且还为我们的宇宙学模型的关键成分之一：宇宙学复合历史提供了直接的观测证实。我们表明，与目前的技术，这样的实验是未来的，但可行的。通过打开这扇通往早期宇宙的新窗口，潜在的回报可能是相当可观的。
2015-03-18 astro-ph.CO
Forecast analysis and focal plane optimization for a multi-frequency CMB B-modes polarization experiment: the case of LSPE
提出了一种多频CMB B模实验中探测器数目固定的焦平面优化方案，并将其应用于LSPE实验的具体情况。最佳焦平面被确定在地面上的张量-标量比$r$的预测不确定性$σ_r$和预期的地图方差从前景和仪器噪声残差方面定义的不同的品质因数。然后，我们进行预测分析，以评估在B模式测量可实现的精度。
2017-10-19 astro-ph.CO
CosmoSpec: Fast and detailed computation of the cosmological recombination radiation from hydrogen and helium
我们提出了第一个快速和详细的宇宙学复合辐射的计算过程中释放的氢（红移z ~ 1300）和氦（z ~ 2500和z ~ 6000）的复合时期，介绍了代码CosmoSpec。我们的计算包括重要的辐射转移效应，所有三个物种的500壳层束缚和自由束缚发射，电子散射和自由-自由吸收的影响，以及物种间（HeII --> HeI --> HI）的光子反馈。后一种效应改变了复合辐射的形状和幅度，CosmoSpec比以前的处理方法有了显着改善。利用有效的多级原子和电导方法，一次计算在标准笔记本电脑上只需约15秒，而以前的计算需要数天。考虑到宇宙复合线的探测，以及人们希望从三个复合时期每个氢原子发射的~ 6.1个光子中了解到什么，这是朝着详细预测和可行性研究迈出的重要一步。我们简要地说明了一些参数的依赖关系，并讨论剩余的不确定性，特别是有关碰撞过程和中性氦原子模型。
2015-10-13 astro-ph.CO
Enhancing Cosmological Constraints from Foreground-Cleaned CMB Maps Using Large-Scale Structure Surveys
Columbia University（哥伦比亚大学）
本研究提出将星系数密度图作为ILC通道，结合CMB实验与大尺度结构巡天，可降低CMB地图的残留前景功率与方差，提升ΛCDM等宇宙学参数的约束精度，为相关实验的设计提供了预期增益依据。
2026-08-31 astro-ph.CO
Precise cosmological parameter estimation using CosmoRec
我们使用新的宇宙重组代码，CosmoRec，参数估计的背景下（未来）精确测量的CMB温度和偏振各向异性。我们解决的问题，如何以前被忽视的物理过程中的重组模型的Recfast影响的关键宇宙学参数的确定，第一次进行模型的重组问题的模型计算。特别是，我们问的偏见如何取决于不同的参数组合，例如，当改变氦丰度或中微子物种的有效数量除了标准的六个参数。我们还预测了复合修正对于Planck、ACTPol和SPTPol组合数据分析的重要性。此外，我们问的重组校正是真正至关重要的CMB参数估计，以及是否基于红移相关的校正函数Recfast的方法是足够的，在这种情况下。
2011-02-17 astro-ph.CO
Using the cosmological recombination radiation to probe early dark energy and fundamental constant variations
宇宙复合辐射（CRR）是来自早期宇宙的光谱畸变信号之一。来自氢和氦的CRR光子早于最后的散射过程，因此允许探测前复合时代的物理现象。在这里，我们计算由早期的暗能量模型和不同的基本常数所引起的CRR的修改。这些新的物理学例子最近与哈勃张力有关的活动有所增加，激发了这里提出的探索性研究。相关的CRR响应频谱丰富，但信号电平很小。我们预测了未来光谱仪对这些效应的可能灵敏度。我们的估计表明，CRR直接取决于在前重组时代的膨胀历史和重组物理的变化。然而，未来的灵敏度需要光谱仪的限制，与其他宇宙学探测器的竞争。尽管如此，CRR的测量可以直接进入否则无法进入的阶段，突出了这些类型的观测可能作为早期宇宙的探测器的潜力。与${\it Planck}$数据的组合进一步表明，协同方法非常有前途。
2022-09-25 astro-ph.CO
Astrophysical foregrounds and primordial tensor-to-scalar ratio constraints from CMB B-mode polarization observations
我们研究了天体物理前景对CMB B模偏振实验约束原始张量标量比r的能力的影响。为了清理前景贡献，我们使用参数，极大似然分量分离技术，并考虑优化实验设置，以在恢复的CMB图中呈现最小水平的前景残差。我们考虑几乎全天空的观测，包括两个扩散的前景组件，灰尘和同步加速器，和研究的情况下，有和没有校准误差，空间变异的前景属性，和部分或全部B模式透镜信号去除。在所有这些情况下，我们发现，在非常低的噪声水平的限制，并在没有内部或建模系统的影响，前景残差不会导致对r的最低可检测值的限制。但是，控制前景残差的需要将在确定允许r < 0.1的鲁棒检测所需的最小噪声水平方面发挥重要作用，因此在优化和预测未来任务的性能方面发挥重要作用。对于当前和拟议的实验噪声水平，发现前景残差不可忽略，并且可能会影响我们对r设置约束的能力。我们还展示了如何通过将后组件分离处理限制到较小的天空区域来显着改善约束。这种程序适用于COrE类卫星任务的情况下，可能会导致超过一个数量级的改进的可探测值r。有足够的知识的实验带通以及前景成分的比例定律，我们的结论被认为是独立的假设的整体归一化的前景，只有定量地依赖于特定的参数化假设的前景成分。
2012-04-19 astro-ph.CO
Foreground-immune CMB lensing with shear-only reconstruction
来自当前和即将到来的宽场CMB实验（如AdvACT，SPT-3G和西蒙斯天文台）的CMB透镜在很大程度上依赖于温度（与偏振）。在这种情况下，对温度图的前景污染产生显著的透镜偏置，这不能通过多频率分量分离、掩蔽或偏置硬化来完全控制。在这封信中，我们分裂成一组新的最佳“多极”估计标准CMB透镜二次估计。在大尺度上，这些多极估计减少到已知的放大和剪切估计，和一个新的剪切B-模式估计。我们利用不同的对称性的透镜CMB和河外前景认为，剪切估计应该是大约免疫河外前景。我们建立了一个新的方法来计算单独和无噪声的初级，次级和三光谱偏差CMB透镜从前景模拟。使用这种方法，我们证明了剪切估计确实是不敏感的河外前景，即使当应用到一个单频温度图污染CIB，tSZ，kSZ和无线电点源。前景偏差的这种显著降低使我们能够包括比标准二次估计器更高的温度多极，从而增加了超过二次估计器的总透镜信噪比。此外，仅放大和剪切B模式估计提供了有用的诊断潜在的残差。我们的Python代码LensQuEst可以预测各种估计器的信噪比，生成模拟映射，对它们进行建模，并将各种透镜估计器应用于它们，这些代码可以在https://github.com/EmmanuelSchaan/LensQuEst上公开获得。
2019-05-16 astro-ph.CO
Component separation for future CMB B-mode satellites
下一代CMB卫星概念（LiteBIRD、CORE、PIXIE、PICO）被提出用于在天空中的大角度尺度下检测原始CMB B模式偏振，张量-标量比值为${r \lesssim 10^{-3}}$。然而，未被发现的原始CMB B模式将提供由暴胀预测的量子起源的原始引力波的独特特征。我们提出了最近的预测，在天体物理前景和引力透镜效应的存在下，在拟议的CMB空间任务CORE的背景下，对原始CMB B模式的检测。我们还讨论了问题的前景和组件分离的原始B-模式的搜索，并强调在这种情况下的具体挑战：频率范围，频谱退化，前景建模，频谱平均效应。
2018-06-04 astro-ph.CO
Probing inflationary gravitational waves with cross-correlations: improved forecasting and validation with simulations
本文改进并验证了利用CMB B模与大尺度结构互相关探测暴胀引力波的方法，预测可达到σ_r≈3.6×10⁻³，并确认高阶透镜偏差可忽略，对前景具有鲁棒性。
2025-09-26 astro-ph.CO
Modelling the Polarisation of Microwave Foreground Emission on Large Angular Scales
通过对银河系磁场（GMF）进行大尺度模拟，得到了与宇宙微波背景（CMB）极化实验相关的频率上银河系前景极化辐射的模板。这项工作扩展了O'Dea等人的结果，包括偏振同步辐射作为前景发射源。该计算中的偏振方向和分数仅基于GMF模型的基本选择，因此在大尺度上提供了对偏振信号的独立预测。当预测有效的实验灵敏度时，极化前景的模板可能有用。反过来，随着对大部分天空中CMB偏振的测量成为常规，该模型将允许数据约束GMF形式中的参数，但尚未得到很好的理解。
2013-01-18 astro-ph.CO astro-ph.GA
Improving CMB constraints on early Universe physics with LSS: A multi-probe forecast including cross-covariance
University of Sussex（萨塞克斯大学）
本文通过结合CMB和大尺度结构数据，预测对早期宇宙物理的约束改进，尤其在早期暗能量方面有显著提升。
2025-06-30 astro-ph.CO
The degeneracy between primordial non-Gaussianity and foregrounds in 21cm intensity mapping experiments
原始非高斯性（PNG）的潜在证据预计将存在于宇宙学调查绘制的最大尺度中。即将进行的21厘米强度测绘实验将通过测量星系内的中性氢（HI）来探测这些尺度。然而，前景信号占主导地位的微弱的21厘米发射，这意味着前景清理需要恢复宇宙学信号。这具有的效果是在最大尺度上衰减HI功率谱，特别是沿着视线。虽然人们一致认为这种污染对探测PNG有潜在的问题，但它尚未得到充分的探索和量化。在这项工作中，我们进行了第一次预测$f_\text{NL}$，将模拟的前景地图，使用在实际数据中采用的技术。使用MCMC分析，我们证明了前景清理数据恢复我们的$f_\text{NL}=0$基准输入的巨大偏差值（$f_\text{NL} = -102.1_{-7.96}^{+8.39}$ [68% CL]）。引入具有固定参数的前景污染模型允许我们恢复无偏结果（$f_\text{NL} = -2.94_{-11.9}^{+11.4}$）。然而，目前尚不清楚，我们将有足够的了解前景污染，以允许这样的刚性模型。将我们前景模型中的主要参数$k_\parallel^\text{FG}$视为讨厌的参数并对其进行边缘化，仍然可以恢复无偏的结果，但代价是更大的误差（$f_\text{NL} = 0.75^{+40.2}_{-44.5}$），只能通过施加普朗克2018先验来减少。我们的研究结果表明，理解和控制前景去除效果的显着进展是必要的…
2020-10-19 astro-ph.CO
A new model of the microwave polarized sky for CMB experiments
我们提出了一个新的模型，微波天空中的偏振，可用于模拟数据从CMB偏振实验。我们利用普朗克卫星的最新结果，提供一个准确的描述扩散偏振前景同步加速器和热尘埃排放。我们的模型可以包括上述两个前景，也是一个异常微波发射（AME）的构造模板。可以很容易地选择前景的频率依赖性的几个选项，以反映我们的不确定性，并测试不同假设的影响。可以将小角度尺度特征添加到前景模板以模拟高分辨率观测。我们目前的模型输出的测试，以显示良好的协议与普朗克和WMAP数据。我们确定的范围内，前景光谱指数可以变化，以符合当前的数据。我们还展示了高灵敏度，高分辨率的全天空实验，如宇宙起源探测器（COrE）的预测。我们的模型是作为一个python脚本发布的，它快速且易于使用，可在\url{http://www.jb.man.ac.uk/~chervias}上获得。
2016-07-21 astro-ph.CO
Forecasting a Cosmological 21 cm Stacking Detection with Early HIRAX Data
Institute for Particle Physics and Astrophysics, ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院粒子物理与天体物理研究所）
本研究提出正向建模流水线，结合早期HIRAX数据与外部源星表互相关，预测宇宙学21厘米信号的统计探测，发现红移精度是关键，类Euclid样本在100 ns延迟截止下最小信噪比达11。
2026-10-15 astro-ph.CO astro-ph.IM
Spectral Variations of the Sky: Constraints on Alternate Universes
复制我们今天的宇宙所需的参数微调表明，我们的宇宙可能只是一个永远膨胀的超级区域中的一个区域。在我们可观测的宇宙之外，还存在着许多其他区域，每个区域都由一组不同的物理参数控制。这些区域之间的碰撞，如果发生的话，应该会在宇宙微波背景（CMB）中留下各向异性的特征，但还没有被看到。我们分析了从普朗克数据集构建的100和545 GHz之间的掩蔽，前景清洁的地图的光谱特性。与CMB冷点相关的四个不同的$\sim2-4\arcdeg$区域显示出非常强的143 GHz发射，但在100或217 GHz没有相应的强发射。该143 GHz残余发射的信噪比处于$\gtrsim$ 6 $σ$水平，其在减去剩余的同步加速器/自由前景之后降低到$3.2-5.4σ$。我们评估了这种残余排放的不同机制，并得出结论，虽然有30%的概率，噪声波动可能会导致前景落在3 $σ$的过量，有不到0.5%的概率，前景可以解释所有的过量。一个合理的解释是，我们的宇宙与另一个重子光子比比我们大$\sim$ 4500倍的宇宙的碰撞，可能会在复合时期产生增强的氢帕邢系列发射。未来的光谱测绘和更深入的观测，在100和217千兆赫需要减轻系统所产生的未知的银河前景，并确认这一不寻常的假设。
2015-12-01 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
Cosmological parameter forecasts for HI intensity mapping experiments using the angular power spectrum
HI强度测绘是利用氢原子21 cm发射线观测物质大尺度结构的一种新的观测技术。在这项工作中，我们模拟BINGO（BAO从综合中性气体观测）和SKA（平方公里阵列）相1碟形阵列自相关模式下运行。对于没有前景的BINGO的最佳情况，HI角功率谱与普朗克结果的组合允许以$4\%$的精度测量$w$，而BAO声学尺度与普朗克的组合给出了$7\%$的精度。我们考虑了一些潜在的复杂的影响，包括前景和红移依赖的偏见，这增加了$w$的不确定性，但并不显着，在所有情况下，最终的不确定性被发现是$Δw < 8\%$ BINGO。对于SKA-MID在自相关模式下与Planck的组合，我们发现，在理想条件下，对于红移范围$0.35 < z < 3$，可以以$4\%$的精度测量$w$（即，对于$Δν= [350, 1050]$ MHz的带宽）和对于$0 < z < 0.49$的$2\%$（即，$Δν= [950, 1421]$ MHz）。扩展模型，包括中微子质量的总和产生的$95\%$上限为$\sum m_ν< 0.24$ eV的BINGO和$\sum m_ν< 0.08$ eV的SKA阶段1，与目前的最佳约束的BINGO的情况下，并显着优于他们在SKA的情况下。
2017-10-16 astro-ph.CO
Limits on Polarized Dust Spectral Index Variations for CMB Foreground Analysis
使用普朗克偏振数据，我们搜索和约束空间变化的偏振尘埃前景的宇宙微波背景（CMB）的观测，特别是在其光谱指数，$β_d$。如果不考虑这些变化，将导致前台清理中的错误，这些错误将传播到从清理后的CMB图恢复宇宙学参数时的错误。目前还不清楚如何强大的普朗克数据约束$β_d$变化的先前研究是由于噪声建模，残差系统学和先验的挑战。为了澄清$β_d$及其变化的限制，我们采用两个像素空间分析的偏振尘埃前景在$>3.7^{\circ}$尺度上的$\approx 60\%$的天空在银河系高纬度。一个模板拟合方法，它测量$β_d$超过三个地区的$\approx 20\%$的天空，没有发现显着偏离一个统一的$β_d = 1.55$，符合先前的普朗克测定。在这些区域中的附加分析，基于对每个像素的灰尘和CMB模型的多频率拟合，对$σ_{β_d}$（$β_d$中的高斯空间变化）施加限制。在最高纬度，数据支持$σ_{β_d}$到$0.45$，中纬度支持$0.30$，低纬度支持$0.15$。我们还表明，必须小心解释当前的普朗克约束，$β_d$地图，和噪声模拟时。由于高纬度地区的残留系统学和低尘埃信噪比，对正在进行和未来任务的预测应包括本文根据当前极化数据估计的大$σ_{β_d}$值的可能性。
2021-10-22 astro-ph.CO
LiteBIRD Science Goals and Forecasts: Improving Sensitivity to Inflationary Gravitational Waves with Multitracer Delensing
本文评估了利用多质量示踪天体进行退透镜对LiteBIRD实验的影响，发现该方法可将张标比r的限制改善约20%，并指出在进一步降低银河系前景残余时退透镜更为关键。
2023-12-08 astro-ph.CO
Bayesian Forecasts on Cosmic Superstring Searches with LISA
Nanjing Normal University（南京师范大学）；Università degli studi di Napoli “Federico II”（那不勒斯费德里科二世大学）；INFN - Sezione di Napoli（意大利国家核物理研究所那不勒斯分部）
本研究利用贝叶斯方法结合模拟LISA数据，探讨LISA能否重建宇宙超弦的$G\mu$和$P$参数并区分两种超弦信号模型，发现特定条件下可实现模型区分。
2026-08-21 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The 21cm-galaxy cross-correlation: Realistic forecast for 21cm signal detection and reionisation constraints
University of Vienna（维也纳大学）；Niels Bohr Institute, University of Copenhagen（哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所）；Cosmic Dawn Center (DAWN)（宇宙黎明中心）；Institut für Theoretische Physik, Universität Heidelberg（海德堡大学理论物理研究所）
研究通过分析21厘米-星系交叉相关信号，探讨不同观测配置对再电离场景区分能力的影响，提出需采用特定深宽光谱观测策略以提高信噪比。
2026-03-01 astro-ph.CO astro-ph.GA
Detecting cosmological recombination lines with a non-ideal antenna -- a first step to practical realization
针对宇宙复合辐射（CRR）谱线比CMB弱9个数量级且未被探测的问题，本研究首次用非理想天线波束色偏模型模拟探测，证明色偏天线可探测CRR，还揭示天线非理想性容忍度的影响因素，为APSERa实验设计提供参考。
2024-11-28 astro-ph.CO astro-ph.IM
Fast simulations for intensity mapping experiments
我们提出了一个代码来生成模拟观察21厘米强度映射实验。代码的重点是减少运行全面模拟的计算成本，以计算时间换取准确性。该代码可用于生成宇宙学信号和前景的独立实现，这是必要的，例如，为了获得对未来强度映射实验的现实预测。该代码能够再现正确的角度和径向聚类模式的宇宙信号，包括红移空间扭曲，光锥演化和偏见。此外，它可以模拟各种前景，包括潜在的问题偏振同步辐射。
2014-09-16 astro-ph.CO
A hybrid map-$C_\ell$ component separation method for primordial CMB $B$-mode searches
从未来的地基和卫星实验中观测到的宇宙微波背景辐射（CMB）的偏振发射，有望间接探测到大尺度$B$模式偏振形式的原始张量波动的难以捉摸的信号。然而，要做到这一点，就需要将信号与偏振的银河前景准确而可靠地分离开来。我们提出了一种多频CMB观测的分量分离方法，该方法结合了基于地图和基于功率谱的技术的一些优点，并且直接适用于存在现实前景和仪器噪声的数据。我们证明，该方法是能够减少污染的银河系前景低于一个等效的张量-标量比$r_{\rm FG}\lesssim5\times10^{-4}$，所需的下一代天文台，广泛的前景模型具有不同程度的复杂性。这种偏差的减少与最终统计不确定性的轻度$\sim20-30\%$增加有关，并且适用于大的天空区域，以及针对$B$模式功率谱中的再电离和重组颠簸的实验。
2022-10-26 astro-ph.CO astro-ph.IM
Cosmic birefringence tomography and calibration-independence with reionization signals in the CMB
本文提出利用 CMB 再电离与复合时期双折射角之差消除偏振角校准偏差，并结合多类探测实现双折射层析，预测 LiteBIRD 可测至约 0.05 度。
2021-08-20 astro-ph.CO hep-ph
Carbon monoxide and ionized carbon line emission global signals: foregrounds and targets for absolute microwave spectrometry
本文研究未来微波光谱仪测量CO/[CII]全球信号的前景，发现其可约束星系金属丰度与分子气体演化，并量化了该信号对μ和y型谱畸变测量的影响及与CO LIM巡天的协同潜力。
2024-06-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
A minimal power-spectrum-based moment expansion for CMB B-mode searches
极化前景的表征和建模已经成为寻求原始$B$模式的关键问题。一个典型的方法是将前景的光谱特性及其尺度依赖性进行因子分解和参数化（即假设前景光谱在任何地方都可以通过其天空平均值很好地描述）。由于在现实中前景属性在银河系中是不同的，这个假设导致模型中的不准确性，表现为最终宇宙学参数（在这种情况下是张量与标量之比$r$）的偏差。这对于在天空的大部分上进行的调查特别相关，例如西蒙斯天文台（SO），其中光谱应该在参数值的分布上进行建模。在这里，我们提出了一种基于现有的“矩扩展”的方法来解决这个问题，在一个基于功率谱的分析，是直接适用于地面的多频数据。此外，该方法只使用了一个小的参数与简单的物理解释，最大限度地减少前景的不确定性对最终的$B$模式的约束的影响。我们验证的方法使用SO样模拟观测，恢复无偏估计的张量标量比$r$与标准差$σ(r)\simeq0.003$，与官方预测兼容。当将该方法应用于公共BICEP 2/Keck数据时，我们发现一个上限$r<0.06$（$95\%\,{\rm C.L.}$），与BICEP 2/Keck通过尺度无关的频率去相关参数参数化谱指数变化时发现的结果兼容。我们还讨论了基于功率谱的矩展开和用于分析CMB透镜效应的方法之间的形式相似性。
2020-11-23 astro-ph.CO
Power spectrum multipole expansion for HI intensity mapping experiments: unbiased parameter estimation
我们评估性能的多极展开形式主义的情况下，单盘HI强度映射，包括仪器和前景去除效果。这种形式主义是用来提供一系列的HI和宇宙学参数，包括红移空间扭曲和Alcock-Paczynski效应的MCMC预测。我们首先确定我们的功率谱建模的有效性范围，通过拟合模拟数据，集中在四极，四极和十六极的贡献。然后，我们表明，前景减法效应可能导致严重的偏见，在宇宙学参数的测定，特别是有关的横向BAO重新标度，增长率和HI的偏见（$α_\perp$，$\overline{T}_\text{HI} fσ_8$，和$\overline{T}_\text{HI} b_\text{HI} σ_8$，分别）的参数。我们试图通过构建一个2参数前景建模处方来解释这些偏差，并发现我们的处方导致无偏的参数估计，代价是增加宇宙学参数的估计不确定性。此外，我们确认，仪器和前景去除效果显着影响理论协方差矩阵，并导致不同的多极子之间的协方差变得不可忽略。最后，我们展示了在我们的分析中包括高阶多极子的效果，以及这些如何可以用来调查HI强度映射数据中的仪器和系统效应的存在。
2021-01-05 astro-ph.CO
Forecast for the Planck precision on the tensor to scalar ratio and other cosmological parameters
普朗克卫星现在正以前所未有的精度测量主要的背景CMB各向异性。宇宙的标准模型（包括暴胀）提供了分析宇宙微波背景和其他数据的背景。对于r（与原始B模式偏振相关的张量与标量比）的普朗克性能将取决于数据分析的质量。Ginsburg Landau的通货膨胀方法可以从CMB数据中获得很高的收益。四度双井暴胀子势与当前CMB+LSS数据非常吻合。我们评估普朗克精度恢复宇宙学参数在一个合理的玩具模型的残差系统的影响，仪器和天体物理起源的基础上公开可用的信息。我们使用和测试两个相关的模型：LambdaCDMR模型，即由r增加的标准LambdaCDM模型，以及LambdaCDMrT模型，其中标量光谱指数，n_s，和r通过来自双阱暴胀子势的理论“香蕉形”曲线r = r（n_s）而关联。在后一种情况下，在MCMC数据分析中将r = r（n_s）作为硬约束。我们考虑到普朗克在70，100和143 GHz通道的白噪声灵敏度，以及系统误差和前景的残差。前景残差转而只影响对B模式敏感的宇宙学参数。对于LambdaCDMr和LambdaCDMrT模型，在残差存在下r的最佳值变为约r simeq 0.04。我们通过最敏感的HFI-143通道计算B模式检测概率。在前景残差等于我们的玩具模型的30%的水平上，r的CL检测只有68%是非常可能的。对于95%CL检测，前景残留的水平应降低到所采用的玩具模型（ABRIDGED…
2010-09-19 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
$B$-mode forecast of CMB-Bh$\overline{a}$rat
探索宇宙历史和起源（ECHO），俗称“CMB-Bh $\overline{a}$鼠”，是向印度空间研究组织（ISRO）提出的一项空间飞行任务，目的是以更高的精度和准确度对宇宙微波背景（CMB）进行科学利用。对宇宙微波背景偏振$B$模式信号的探索是其实验设计的关键科学目标之一，这种信号是由非常早期宇宙中的暴胀引力波产生的。本文研究了ECHO仪器配置在$3σ$显著性水平上检测目标张量标量比$r \sim 10^{-3}$的潜力，该水平涵盖了一大类暴胀模型的预测。我们研究了两种不同的组件分离管道，NILC和指挥官的性能，在不同的物理动机模型的天体物理前景的存在下测量$r$。对于简化的前景模型（仅偏振尘埃和同步加速器），两个分量分离管道都可以实现ECHO的期望灵敏度，即$σ(r =0) \sim (0.4 - 0.7)\times 10^{-3}$。NILC在同步辐射和复杂尘埃模型（尘埃去相关）的复杂光谱模型（幂律和弯曲幂律）的恢复$r$的偏差方面优于指挥官。假设84%去透镜化，与没有任何透镜化校正的相同配置所获得的结果相比，我们可以实现$σ(r = 0)$的大约50%的改进。
2022-07-25 astro-ph.CO astro-ph.GA
Multi-Clustering Needlet-ILC for CMB B-modes component separation
针对 CMB B 模前景空间频谱变化导致 NILC 减除受限的问题，提出按双频 B 模图比值聚类并分区最小化方差的 MC-NILC，在 LiteBIRD 模拟中显著降低残余污染。
2024-01-25 astro-ph.CO
Rayleigh scattering: blue sky thinking for future CMB observations
在复合期间和复合后不久，中性氢的瑞利散射导致CMB各向异性在高频下显著地依赖于频率。这可能会被普朗克探测到，并且在未来的任何天基CMB任务中都将是一个强烈的信号。与汤姆逊散射相比，瑞利可见度的后峰给出了增加的大尺度CMB偏振信号，对于大于500 GHz的观测频率，其影响大于4%。在小尺度上，附加阻尼也有类似的幅度抑制。由于瑞利和主信号之间的强相关性，瑞利分量的测量受到噪声和前景的限制，而不是主CMB的宇宙方差，并且应该在大约200GHz和800GHz之间的频率下在宽范围的角标度上可观察到。本文给出了温度和偏振功率谱的新的数值计算方法，表明未来的CMB任务可以高精度地测量温度瑞利互谱，检测来自瑞利散射的偏振，并精确地确定瑞利温度信号和主偏振之间的互谱。瑞利散射信号可以提供对复合物理学的强有力的一致性检查。在原则上，它可以用来测量额外的视界尺度的原始扰动模式在重组，并区分一个显着的张量模式B偏振信号从引力透镜的功率谱水平。
2014-01-23 astro-ph.CO
Non-Gaussianity of the Cosmic Infrared Background anisotropies II : Predictions of the bispectrum and constraints forecast
利用基于晕模型和晕占据数的双谱全解析计算方法，我们导出了尘埃星形成星系成团的余弦红外背景（CIB）各向异性的双谱。我们集中我们的分析波长在远红外和亚毫米典型的普朗克/HFI和赫歇尔/SPIRE仪器，350，550，850，和1380微米。我们探讨的双谱行为作为几种模型的星系演化的函数，并表明它是强烈敏感的成分。相反的功率谱，双谱，在四个波长，似乎占主导地位的低红移星系。这种贡献几乎不可能通过应用低通量切割来限制。我们还讨论了作为红移和波长的函数的晕质量的贡献，恢复每个术语是敏感的不同的质量范围。此外，我们表明，CIB双谱是一个很强的污染的宇宙微波背景双谱在850 μ m和更高。最后，Fisher分析的功率谱，双谱单独和两者的组合表明，退化的HOD参数被打破，包括双谱信息，导致严格的约束，即使当包括前景残差。
2013-12-04 astro-ph.CO
B-mode polarization forecasts for GreenPol
针对GreenPol这一拟议的地面B模实验，模拟多种实验设置并利用贝叶斯成分分离方法，预测其对原初张标比的约束能力，结合Planck数据可将r限制在95%置信度下小于0.02。
2024-04-18 astro-ph.CO
Large Scale Structure Forecast Constraints on Particle Production During Inflation
暴胀过程中的粒子产生的爆发提供了一个动机良好的机制，在原始功率谱中创建凹凸状的功能。目前的数据限制这些功能小于约5%的无特征的原始功率谱的大小在波数约为0.1 h Mpc^{-1}。我们预测，普朗克宇宙微波背景实验将能够加强这一约束的0.5%的水平。我们还预测，增加平方公里阵列（SKA）星系红移调查的数据将使约束提高到约0.1%的水平。对于波数较大的特征，普朗克将受到丝绸阻尼和前景的限制。然而，SKA将受到非线性效应的限制。我们预测了一个宇宙暴胀探测器（CIP）星系红移巡天，类似的约束可以达到大约1 h Mpc^{-1}的波数。
2011-04-26 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
HIR4: Cosmological signatures imprinted on the cross correlation between 21-cm map and galaxy clustering
我们探讨了宇宙学多示踪剂协同效应之间的发射线星系分布的暗能量光谱仪和天籁工程21厘米强度图。我们使用从光锥体积（地平线运行4）中的粒子模拟生成的模拟地图，天空修剪，包括前景污染，其去除和仪器噪声的影响。我们首先验证前景残差如何影响恢复的21厘米信号，将不同程度的前景污染到21厘米的地图。我们发现，即使在HI的角自相关功率谱中，污染很小也不能忽略，但对HI与星系的角互功率谱的精度没有影响。在前景清理地图的情况下，由于信息在清理过程中丢失，在互相关功率谱中也存在偏差。然而，我们发现，从互相关功率谱的偏差是尺度无关的，这是很容易参数化的模型的一部分，而在HI自相关功率谱的偏移是非线性的。特别是，我们测试了互相关功率也受益于消除由仪器噪声引起的功率谱测量中的偏差，这改变了自相关功率谱的形状，但使互相关功率不受影响。然后，我们建模的角度互相关功率谱，以适应重子声学振荡功能的宽带形状的角度互相关功率谱，包括污染的残留前景和仪器噪声的影响。我们预测了天体角直径距离$D_\mathrm{A}$对天籁探路者红移$0.775<z<1.03$的约束，给出了在该红移下的距离测量精度为2.7%.
2020-11-16 astro-ph.CO
Cosmic Microwave Background Science at Commercial Airline Altitudes
获得度尺度宇宙微波背景（CMB）偏振的高灵敏度测量是探测原初引力波的最直接途径。从占主导地位的前景发射中恢复任何原始信号将需要在多个频率上进行高保真观测，并对系统学进行出色的控制。我们探索了一个新的CMB观测平台的潜力，Airlander 10混合动力飞行器，来执行这项任务。我们表明，在商业航空公司高度运行的Airlander 10平台非常适合绘制220 GHz以上的频率，这对于清理CMB灰尘排放地图至关重要。通过优化探测器在不同频率上的分布，我们预测了Airlander 10作为高度函数清理不同复杂度前景的能力，证明了它与现有（普朗克）和正在进行的（C-BASS）前景观测的互补性。这个新颖的平台可以在定义我们对极化微波天空的最终看法方面发挥关键作用。
2017-04-18 astro-ph.CO astro-ph.IM
The Square Kilometer Array as a Cosmic Microwave Background Experiment
本文提出将平方公里阵列SKA作为CMB实验，利用其单天线模式在射电波段测量CMB中到大角尺度模式，并预测SKA与LiteBIRD联合可显著改善对原初非高斯性参数f_nl的约束。
2024-06-06 astro-ph.CO
Exploring One-point Statistics in HERA Phase I Data: Effects of Foregrounds and Systematics on Measuring One-Point Statistics
本研究通过正向建模评估HERA Phase I观测中仪器效应对21cm一点统计测量的影响，发现仪器响应和wedge-filtering显著降低信号幅度，且m2测量结果不支持冷再电离模型，强调理解仪器效应是将其作为宇宙学探针的关键。
2025-11-04 astro-ph.CO
Performance forecasts for the primordial gravitational wave detection pipelines for AliCPT-1
AliCPT是中国第一个宇宙微波背景（CMB）实验，将对北半球CMB偏振进行最精确的测量。AliCPT的关键科学目标是探测原始引力波（PGW）。众所周知，在非常早期的宇宙中，宇宙暴胀时期可以产生PGW，PGW以奇宇称$B$模式偏振的形式在CMB上留下印记。在这项工作中，我们研究了约束张量标量比的值的上下文中的组件分离和参数估计管道的性能。根据一个观测季节的模拟数据，对五种不同工作原理的管道进行了比较。三个流水线在从清洁的光谱估计$r$之前在地图或光谱级别执行分量分离，而另外两个流水线执行前景参数和$r$两者的全局拟合。我们还测试了不同的方法来解释时间流过滤系统学的影响。这项工作表明，我们的管道提供了一致的和强大的约束张量标量比和一致的灵敏度$σ(r) \sim 0.02$。这展示了AliCPT-1精确测量$B$模式偏振的潜力。AliCPT将为探测PGW提供一个强有力的机会，这与南半球的各种地基CMB实验相辅相成。
2022-10-14 astro-ph.CO
