Progress in the Design of the Atacama Large Aperture Submillimeter Telescope
本文介绍了将于2024年完成的阿塔卡马大口径亚毫米波望远镜(AtLAST)的天线设计进展,该50米口径单碟望远镜选址智利阿塔卡马沙漠高海拔区,采用摇椅式设计实现宽视场与高扫描稳定性,将覆盖30GHz至1THz观测波段。
2023-08-21 astro-ph.IM
The Optical Design Concept for the Atacama Large Aperture Submillimeter Telescope (AtLAST)
本文介绍50米AtLAST单碟望远镜的光学设计概念,采用优化双镜Ritchey-Chrétien系统与折转镜,并提出接收机光学方案以校正像散和焦面弯曲。
2024-06-17 astro-ph.IM
The key science drivers for the Atacama Large Aperture Submillimeter Telescope (AtLAST)
本文介绍了AtLAST望远镜的关键科学驱动力,指出需建造高吞吐量单天线设施以解决重子分布等天体物理问题,其50m口径和1-2°视场将带来灵敏度和测绘速度的数量级提升。
2024-05-30 astro-ph.CO astro-ph.EP astro-ph.GA
First Generation Heterodyne Instrumentation Concepts for the Atacama Large Aperture Submillimeter Telescope
阿塔卡马大孔径亚毫米望远镜(AtLAST)项目旨在建立一个50米级的亚毫米望远镜,具有$>1^\circ$视场,位于阿塔卡马沙漠高处,提供快速和详细的毫米/亚毫米天空映射。因此,它将成为对ALMA等现有设施的有力补充。ALMA的小视场(350 GHz的$<15^{\prime\prime}$)限制了其大型勘测的测绘速度。相反,像AtLAST概念这样具有大视场的单个天线可以容纳大型多元素仪器,可以更有效地绘制大部分天空。小孔径勘测仪器(通常比干涉测量阵列元件的尺寸$<3\times$小得多)可以在某种程度上减轻这种情况,但是缺乏用于精确恢复源位置的分辨率并且具有小的收集区域。此外,小孔径勘测仪器在它们采样的空间尺度中不提供足够的重叠以提供扩展源(即,零间距信息在$u,v$空间中是不完整的)。我们在这里考虑的AtLAST望远镜的外差仪器将利用过去十年的广泛发展,提高外差焦平面阵列的性能和像素数。这种具有较高像素数的仪器已经开始利用焦平面中的集成来提高封装效率,而不是简单地在焦平面中堆叠模块化混频器块。我们推断从目前的国家的最先进的概念,第一代外差设计AtLAST。
2019-07-08 astro-ph.IM
AlgoSCR: An algorithm for Solar Contamination Removal from radio interferometric data
氢强度测绘是天文学中的一个新领域,它有望利用中性氢气(HI)的红移$21\,\textrm{cm}$线绘制宇宙物质分布的三维地图。几个正在进行和即将进行的射电干涉仪,如天籁,CHIME,HERA,HIRAX等都使用这种技术。这些仪器的设计目的是通过几个月的漂移扫描来绘制大片天空。观测的挑战之一是白天的数据受到来自太阳的强烈无线电信号的污染。在天籁的情况下,这导致几乎一半的测量数据无法使用。我们试图解决这个问题,通过开发一种算法,从无线电数据中去除太阳污染(AlgoSCR)。该算法是基于能见度矩阵的特征值分析,因此只适用于干涉仪。我们将AlgoSCR应用于模拟的卫星,以及来自天来碟形阵列的真实白天数据。该算法可以消除大部分的太阳污染,而不会严重影响其他天空信号,从而使数据可用于某些应用。
2021-05-15 astro-ph.IM
A new off-point-less observing method for millimeter and submillimeter spectroscopy with a frequency-modulating local oscillator (FMLO)
提出了一种利用调频本振外差接收机进行单碟毫米波和亚毫米波光谱观测的新方法。与传统的开关方法不同,传统的开关方法通过从开源的参考光谱中减去关源的参考光谱来提取天文信号,FMLO方法不需要获得任何关源光谱;相反,它从开源光谱本身估计它们。其原理是通过外差接收机的本地振荡器(LO)的快速扫描实现的具有射频调制(FM)的高转储速率(10 Hz)光谱学:离源)作为$1/f$型波动并且是谱相关的,它可以通过主成分分析从时间序列谱(时间流)中估计和减去。同时,天文信号保留在时间流中,因为它们被调制到更高的时频域。因此,FMLO方法实现了(1)非常高的观测效率,(2)减少了光谱基线摆动,以及(3)基于软件的边带分离。我们为野边山45米望远镜研制了一套调频振荡系统,并开发了相应的数据处理程序。银河系源的观测,我们证明了FMLO方法的观测效率显着提高相比,传统的开关方法。具体来说,我们发现,达到相同的噪声水平的时间减少了3.0倍,在单点观测和映射观测的一个因素的1.2。FMLO方法可应用于较暗($\sim$ mK)谱线和较大($\sim$ deg $^{2}$)映射的观测。与传统的切换方法相比,它将提供更有效和基线稳定的观测。
2019-11-06 astro-ph.IM
21 cm Power Spectrum Analysis of North Celestial Pole Observations with the Tianlai Dish Pathfinder Array
National Astronomical Observatories, CAS(中国科学院国家天文台);University of Chinese Academy of Sciences(中国科学院大学);Northeastern University(东北大学)
利用北天极区域的观测数据,研究TDPA阵列在post-reionization宇宙中21厘米强度测绘技术,通过改进的数据分析框架验证了大规模宇宙结构测量方法。
2026-04-14 astro-ph.CO astro-ph.IM
Observing the Sun with the Atacama Large Aperture Submillimeter Telescope (AtLAST): Forecasting Full-disk Observations
本文模拟评估AtLAST望远镜全日面观测能力,发现双圆扫描适合中小视场实现亚分钟级频率,大视场用圆形扫描可达秒级,为高动态太阳现象研究提供新手段。
2025-09-08 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
A physical optics characterization of the beam shape and sidelobe levels for the Atacama Large Aperture Submillimeter Telescope (AtLAST)
本文利用物理光学仿真评估50米 AtLAST 望远镜的波束、方向性、旁瓣和杂散光,并分析计算成本,表明缝隙与第三镜支撑散射弱于 Ruze 散射。
2024-06-24 astro-ph.IM
A machine learning approach for identifying the counterparts of submillimetre galaxies and applications to the GOODS-North field
在多波长图像中识别亚毫米(submm)星系(SMG)的对应物是建立早期宇宙中强烈恒星形成星系演化的精确模型的关键一步。然而,由于单碟亚毫米级设备的角分辨率很差,获得统计上显著的稳健关联样本是非常具有挑战性的。最近,在UKIDSS UDS领域,SCUBA-2宇宙学遗产调查(S2 CLS)的一个子集,一个大样本的单碟检测SMG,随后与阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列(ALMA),它提供了必要的分辨率识别光学和近红外图像。我们使用这个ALMA样本来开发一个适合机器学习(ML)算法的训练集,以确定如何使用幅度和其他衍生特征的组合来识别多波长图像中的SMG对应物。我们测试了几种ML算法,发现深度神经网络表现最好,在我们的交叉验证测试中准确识别了85%的ALMA检测到的光学SMG对应物。当我们仔细调整传统的颜色切割方法时,我们发现使用机器学习的改进是适度的(约5%),但重要的是它几乎没有额外的计算成本。我们将训练好的神经网络应用于GOODS-North场,该场也具有来自S2 CLS和深多波长数据的单碟亚毫米观测,但几乎没有高分辨率干涉亚毫米成像,我们发现我们能够对36/67的单碟亚毫米源的SMG对应物进行分类。我们讨论了未来对ML方法的改进,包括将ML与光谱能量分布拟合技术相结合,以及使用更长的波长数据作为附加功能。
2019-08-30 astro-ph.GA astro-ph.IM
AtLAST Science Overview Report
本报告概述了AtLAST(50米单天线亚毫米波望远镜)的科学设计动机,旨在通过大视场、高灵敏度和多路复用相机解决恒星形成、星系周介质等关键问题,并大幅提升灵敏度和测绘速度。
2024-08-21 astro-ph.CO astro-ph.EP astro-ph.GA
HIDE & SEEK: End-to-End Packages to Simulate and Process Radio Survey Data
随着几个大型单碟射电观测在未来十年内开始运作,大量的射电数据将变得可用,并为宇宙提供一个新的窗口。为了充分利用这些数据集的潜力,重要的是要了解与仪器和分析管道相关的系统效应。解决这个问题的一种常见方法是对整个系统进行前向建模-从硬件到数据产品的分析。为此,我们介绍了两个新开发的开源Python包:HI数据仿真器(HIDE)和信号提取和发射制图仪(SEEK),用于模拟和处理单碟无线电测量数据。HIDE对单碟射电望远镜的天文射电信号采集过程进行了前向建模,并输出了像素级的时间序列数据。SEEK处理时序数据,去除射频干扰(RFI)中的伪影,自动应用通量校准,并旨在恢复天文无线电信号。这两个软件包可以单独使用或一起使用,具体取决于应用。其模块化和灵活的性质使其易于适应其他仪器和数据集。我们描述了这两个软件包的基本架构,并详细研究了噪声和RFI建模在HIDE,以及在SEEK的增益校准和RFI缓解的实施。然后,我们应用HIDE & SEEK的前向模型的频率范围990 - 1260 MHz的基础上采取的数据在Bleien天文台的银河系调查。对于这次调查,我们期望覆盖70%的全天空,并在包括系统不确定性的最干净的通道中实现大约5 - 6的中值信噪比。然而,我们也指出了高RFI污染和基线去除的潜在挑战时,检查早期数据从Bleien天文台。
2017-01-13 astro-ph.IM
Atacama Large Aperture Submillimeter Telescope (AtLAST) science: Gas and dust in nearby galaxies
本文阐述拟议的50米AtLAST望远镜如何凭借高灵敏度、2度视场和高效测绘,在近邻星系尘埃、磁场、ISM物理化学及大规模CO巡天方面取得突破。
2024-03-02 astro-ph.GA astro-ph.IM
Atacama Large Aperture Submillimeter Telescope (AtLAST) Science: Planetary and Cometary Atmospheres
本文总结了拟建的50米级AtLAST望远镜针对行星与彗星大气研究的四大关键科学场景,其提升的观测性能将推动行星环境、益生分子起源及行星宜居性相关研究。
2024-03-08 astro-ph.EP astro-ph.IM
Simulations of the cosmic infrared and submillimeter background for future large surveys: II. Removing the low-redshift contribution to the anisotropies using stacking
赫歇尔和普朗克正在以前所未有的角度尺度和灵敏度在大面积上测量天空。但这两个实验都受到亚毫米波源混淆的限制。特别是高混淆噪声限制了对主导宇宙红外背景的源的聚类特性的研究。在这些波长下,考虑未分辨分量的统计数据更为合适。特别地,高聚类将在CIB各向异性的功率谱中贡献超过泊松噪声。这些功率谱包含了所有红移源的贡献。我们展示了如何堆叠技术可以用来分离不同的红移贡献的功率谱。我们使用模拟CIB代表现实的斯皮策,赫歇尔,普朗克和SCUBA-2观测。我们将24 μ m光源堆叠在较长波长的图中,以测量每个红移和通量箱的平均颜色。然后,使用堆叠技术获得的平均光谱能量分布上检索到的信息来清洁地图,特别是去除低红移未检测到的源对各向异性的贡献。利用叠加,我们分别测量了红移z = 1和z = 2时350 μ m处比总噪声弱4~6倍的粒子群的平均通量,以及在相同红移时850 μ m处比总噪声弱6~10倍的粒子群的平均通量。在深Spitzer场中,探测到的24 μ m源对亚毫米波各向异性有显著贡献。我们表明,该方法提供了极好的(使用COSMOS 24 μ m数据),以良好的(使用SWIRE 24 μ m数据)去除z <2(COSMOS)和z <1(SWIRE)的各向异性。利用这种清理方法,我们希望得到一组以高红移星系为主的大型星系演化图(例如,聚类、光度密度)。
2010-04-01 astro-ph.CO astro-ph.IM
TiEMPO: Open-source time-dependent end-to-end model for simulating ground-based submillimeter astronomical observations
毫米-亚毫米天文学的下一个技术突破是具有宽瞬时光谱带宽和宽视场的3D成像光谱法。焦平面仪器、望远镜、观测策略和信号处理软件的总体优化必须能够有效地去除地球大气层的前景辐射,这种辐射是随时间变化的,在频率上高度非线性。在这里,我们介绍了TiEMPO:DESHIMA光谱仪后处理优化的时间相关端到端模型。TiEMPO利用大气动力学模型和天文源、望远镜、仪器和探测器的参数化模型。TiEMPO的输出是天空亮温和探测功率的时间流,可以通过标准信号处理软件进行分析。我们首先比较了TiEMPO模拟与宽带DESHIMA光谱仪的天空测量,发现噪声功率谱密度和灵敏度很好的协议。然后,我们使用TiEMPO模拟检测线发射光谱的高红移星系使用DESHIMA 2.0光谱仪的发展。TiEMPO模型是开源的。它的模块化和参数化设计使用户能够调整它,以设计和优化现有和未来望远镜上的光谱和测光仪器的端到端性能。
2021-01-08 astro-ph.GA astro-ph.IM
Atacama Large Aperture Submillimeter Telescope (AtLAST) Science: Solar and stellar observations
针对现有天文台在太阳及恒星(亚)毫米波观测上的诊断能力不足,本文探讨了拟建的50米口径单碟望远镜AtLAST在揭示太阳大气3D结构、追踪耀斑演化及恒星活动等关键科学案例中的观测能力与技术要求。
2024-11-13 astro-ph.IM astro-ph.SR
BINGO - A novel method to detect BAOs using a total-power radio telescope
BINGO是一种新型的单碟全功率望远镜,它将在960-1260 MHz(z=0.12-0.48)的频率下,在~15度的条带上绘制红移HI天空。BINGO将具有精确测量HI功率谱的灵敏度,并首次在无线电波长上探测重子声学振荡(BAO)。这将为现有的调查提供补充宇宙学信息,并将测量声学尺度到约2%的精度。我们提供了一个更新的BINGO,包括改进的双镜光学配置,最终选址和前景去除模拟。
2014-05-30 astro-ph.CO astro-ph.IM
The CCAT-Prime Submillimeter Observatory
Cerro Chajnantor Atacama Telescope-prime(CCAT-prime)是一种新的6米,离轴,低发射率,大视场亚毫米望远镜,计划于2021年第四季度首次亮相。总之,(a)CCAT-prime独特地结合了大视场(高达8度),低发射率望远镜(< 2%)和出色的大气传输(5600米站点),以实现前所未有的亚毫米测量能力。(b)在五年的时间里,CCAT-prime第一代科学将解决恒星形成,星系演化和星系团形成的物理学问题;探测宇宙的再电离;改善对新粒子种类的约束;并提供改进的尘埃前景去除,以帮助寻找原始引力波。(c)天文台是由非联邦基金(私人和国际投资约4000万美元)建造的。仪器(约800万美元)和运营(每年1 - 200万美元)需要公共资金。作为回报,社区将能够参与调查规划并获得精选数据集。(d)对于第二代科学,CCAT-prime将具有独特的定位,与CMB-S4和/或西蒙斯天文台项目合作,为下一代CMB调查提供高频能力,或彻底改变宽场,亚毫米线强度测绘调查。
2019-09-05 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Calculating the transfer function of noise removal by principal component analysis and application to AzTEC observations
在过去的十年中,使用多个测辐射热计阵列的仪器变得越来越普遍。由这种仪器产生的地图通常包括仪器的滤波效果以及在数据简化中执行的后续步骤的滤波效果。因此,对标测图的解释取决于对感兴趣的信号准确计算所选降阶技术的传递函数。这些仪器中的许多使用非线性和迭代技术来减少其数据,因为这些方法可以提供比纯线性方法更好的信噪比,特别是对于与阵列所对向的尺度相当的信号。我们讨论了一个一般的方法来测量点源的主成分分析(PCA)的传递函数是小的空间范围内看到的阵列内的任何单个测辐射热计。这些结果适用于先前发布的COSMOS,Lockman Hole,Subaru XMM-Newton Deep Field,GOODS-North和GOODS-South领域的AzTEC目录。在阿塔卡马亚毫米望远镜实验中安装AzTEC时观测到的场的源通量密度和噪声估计值增加了大约10%,在詹姆斯·克拉克·麦克斯韦望远镜中安装AzTEC时增加了15 - 25%。平均而言,检测显著性不受修订技术的影响。修订后的测光技术将用于随后的AzTEC版本。
2012-02-07 astro-ph.CO astro-ph.IM
Mitigating the effect of 1/f noise on the detection of the HI intensity mapping power spectrum from single-dish measurements
针对MeerKLASS巡天HI强度映射中的1/f噪声问题,研究评估了SVD去噪、全噪声协方差加权成图等方法的效果,为提升单碟HI功率谱探测精度提供了方案。
2023-11-09 astro-ph.CO astro-ph.IM
Atacama Large Aperture Submillimeter Telescope (AtLAST) Science: Surveying the distant Universe
本文阐述50米AtLAST如何凭借高分辨率、高灵敏度、宽带宽与多路复用毫米光谱能力,巡测并表征直至z~7的高红移多尘恒星形成星系及原星系团,同时精确测量宇宙学参数。
2024-03-05 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Greenland Telescope Project --- Direct Confirmation of Black Hole with Sub-millimeter VLBI
将在格陵兰岛的Summit站部署一个直径为12米的射电望远镜,通过观察活动星系M87中的阴影图像,直接确认超大质量黑洞。该望远镜(格陵兰望远镜:GLT)将成为亚毫米级甚长基线干涉测量(VLBI)台站之一,提供最长基线> 9,000公里,以实现350 GHz时20微弧秒的特殊角分辨率,这将使我们能够分辨约40微弧秒的阴影大小。由GLT、智利的阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列(ALMA)和夏威夷的亚毫米阵列(SMA)形成的具有最长基线的三角形将在M87观测中发挥关键作用。为了更好地理解可能观察到的图像,我们一直在基于现实条件进行图像模拟。与此同时,望远镜的改装和场地开发正在进行中。基于三年的不透明度监测在225 GHz,我们的测量表明,该网站是极好的submm观测,ALMA网站相媲美。GLT还有望进行高达1.5 THz的单碟观测。
2014-07-09 astro-ph.HE astro-ph.IM
The conceptual design of the 50-meter Atacama Large Aperture Submillimeter Telescope (AtLAST)
针对(亚)毫米波天空观测缺口,提出50米口径、2°视场的AtLAST望远镜概念设计,通过光学模拟与有限元优化实现高分辨率探测,计划闭环计量原型测试并于本十年末交付可施工设计。
2025-01-30 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
maria: A novel simulator for forecasting (sub-)mm observations
针对毫米波单天线观测受大气噪声限制的问题,提出多功能望远镜模拟器maria,通过生成合成时间序列数据和噪声地图优化扫描与仪器设计,并验证其在MUSTANG-2和AtLAST等设施中去除大气信号的有效性。
2024-12-18 astro-ph.CO astro-ph.IM
Atacama Large Aperture Submillimeter Telescope (AtLAST) Science: Our Galaxy
本文提出利用50米单口径亚毫米波望远镜AtLAST对银道面和星周环境进行深度大视场巡天,以系统研究银河系的气体尘埃生态、恒星形成及行星系统演化。
2024-03-01 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.IM
The Atacama Large Aperture Submillimeter Telescope (AtLAST): enabling large-scale sub-mm science beyond 2030
Institute of Theoretical Astrophysics, University of Oslo(奥斯陆大学理论天体物理研究所);Institute of Space Sciences (ICE-CSIC)(空间科学研究所(ICE-CSIC));Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC)(加泰罗尼亚空间研究学院(IEEC));Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC)(加那利群岛天体物理研究所(IAC));Departamento de Astrofísica, Universidad de La Laguna(拉古纳大学天体物理学系);European Southern Observatory (ESO)(欧洲南方天文台(ESO));OHB Digital Connect(OHB数字连接公司);Department of Technology Systems, University of Oslo(奥斯陆大学技术系统系);MPIfR(马克斯·普朗克射电天文研究所);UK Astronomy Technology Centre, Royal Observatory Edinburgh(英国天体技术中心,爱丁堡皇家天文台);IPARCOS-UCM, Universidad Complutense de Madrid(马德里康普顿斯大学IPARCOS研究中心);Department of EEC Engineering, University of Pretoria(比勒陀利亚大学电气工程与电子工程系);University of Tokyo(东京大学);INAF Osservatorio Astronomico di Cagliari(意大利国家天体物理研究所卡利亚里天文台);Nagoya University(名古屋大学);Rosseland Centre for Solar Physics, University of Oslo(奥斯陆大学罗斯兰太阳物理中心);ESO(欧洲南方天文台);ICREA(加泰罗尼亚卓越研究奖计划);Université Paris-Saclay, Université Paris Cité, CEA, CNRS, AIM(巴黎萨克雷大学、巴黎西岱大学、法国原子能和替代能源委员会、法国国家科学研究中心、AIM);TU Delft(代尔夫特理工大学)
研究介绍阿塔卡马大型毫米波望远镜(AtLAST),其具备大口径、大视场等独特设计,将成多用途设施,在多领域产出变革性成果,还能克服星系外混淆噪声,助力能源公正,塑造科研基础设施未来。
2026-07-07 astro-ph.IM physics.ins-det
CASA, the Common Astronomy Software Applications for Radio Astronomy
CASA,通用天文软件应用,是阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列(ALMA)和卡尔G。Jansky甚大阵(VLA),也经常用于其他射电望远镜。CASA软件可以处理来自单碟、孔径合成和甚长基线干涉仪(VLBI)望远镜的数据。其核心功能之一是支持ALMA、VLA、VLA巡天(VLASS)和Nobeyama 45米望远镜的校准和成像管道。本文介绍了CASA软件的基本结构,以及校准和成像CASA天文射电数据的程序的高层次的概述。CASA是由国家射电天文台(NRAO)、欧洲南方天文台(ESO)、日本国家天文台(NAOJ)和VLBI欧洲研究基础设施联合研究所(JIV-ERIC)的科学家和软件工程师组成的国际联盟在NRAO的指导下开发的。
2022-10-05 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.IM
First-generation Science Cases for Ground-based Terahertz Telescopes
太赫兹(THz)频率的地面观测是未来十年天文学的一个新探索领域。我们讨论了第一代10米级太赫兹望远镜的科学案例,重点是格陵兰望远镜作为这样一个设施的一个例子。我们提出了科学的情况下,并为每种情况下提供定量的估计。地面太赫兹望远镜的最大优势是其较高的角分辨率(10米碟形天线约4角秒),与空间或机载太赫兹望远镜相比。因此,高分辨率绘图是一项重要的科学论证。特别是,我们可以分离出银河系和河外恒星形成区的感兴趣区域。THz窗口适合于观测高激发CO线和[N II] 205 μ m线,它们是恒星形成和恒星反馈的科学相关示踪剂。这些线是太赫兹窗口中最亮的线,因此它们适合于启动地面太赫兹观测。恒星形成区域的太赫兹偏振也可以被探索,因为它追踪了对太赫兹光谱峰有贡献的尘埃群。对于调查型观测,我们专注于“亚太赫兹”河外调查,其独特之处在于检测红移z ~ 1- 2的星系,其中每个共动体积的尘埃排放量是宇宙历史上最大的。最后,我们探索灵活的时间安排,这使我们能够监测活动星系核,并针对伽马射线暴余辉的可能性。对于这些物体,THz和亚毫米波波长范围尚未被探索。
2015-11-03 astro-ph.GA astro-ph.IM