On likelihood-based analysis of the gravitationally (de)lensed CMB
本文针对透镜化CMB推导最优数据压缩统计量,阐明其与QE框架的对应关系,并评估MUSE等实际实现,提出将QE稳健性工具移植到超越QE方法的改进路径。
2025-03-11 astro-ph.CO
The choice of Planck CMB likelihood in cosmological analyses
Cardiff University(卡迪夫大学);Columbia University(哥伦比亚大学)
本文研究了普朗克CMB似然选择对宇宙学分析的影响,发现不同似然组合对宇宙学参数影响较小,且添加其他数据集可增强约束,尤其在极化和高多极数温度数据中表现显著。
2026-01-22 astro-ph.CO
Compressed 'CMB-lite' Likelihoods Using Automatic Differentiation
本文提出基于自动微分的CMB-lite似然构建方法,将压缩过程简化为一次最小化和Hessian求值,并在SPT-3G 2018似然上验证其精度与效率。
2025-02-17 astro-ph.CO
Accurate and efficient likelihood modeling for large-scale CMB data
Università degli Studi di Ferrara(费拉拉大学);Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Ferrara(意大利国家核物理研究所费拉拉分部);ICSC, Centro Nazionale “High Performance Computing, Big Data and Quantum Computing”(国家高性能计算、大数据和量子计算中心);Institut d’Astrophysique Spatiale, CNRS, Univ. Paris-Sud, Université Paris-Saclay(法国国家科学研究中心巴黎第十一大学巴黎萨克雷大学空间天体物理学研究所)
本文提出了一种基于Hamimeche-Lewis形式的新型方法,用于大尺度CMB数据的准确高效似然建模,通过边缘化自谱以减少偏差,并在多场设置中验证了其在准确性与计算效率上的优势。
2025-12-22 astro-ph.CO
Detection likelihood of cluster-induced CMB polarization
在几角分的特征尺度下,邻近星系团可能在宇宙微波背景(CMB)中产生亚微开尔文偏振信号。我们探讨了四个这样的偏振信号诱导在一个丰富的附近的基准集群,并计算其检测的望远镜项目的能力,如西蒙斯天文台(SO)的可能性。在我们的可行性分析中,我们包括仪器噪声,原始CMB各向异性,统计热Sunyaev-Zeldovich(SZ)集群信号,和点源混淆,假设百分之几的标称望远镜观测时间的SO-类项目。我们的分析表明,热SZ强度可以灵敏地映射在丰富的附近的集群和运动SZ强度可以测量具有较高的统计意义,对一个快速移动的附近集群。偏振SZ信号的检测将是相当具有挑战性的,但对于具有非常高的SZ强度的几个非常丰富的邻近簇仍然是可行的。如果观察几个月,可以在S/N~3处统计地检测到来自~20个团簇的样品的偏振SZ信号。
2020-10-09 astro-ph.CO
An Auto-Differentiable Likelihood Pipeline for the Cross-Correlation of CMB and Large-Scale Structure due to the Kinetic Sunyaev-Zeldovich Effect
本文提出基于优化的最大似然与 JAX 自动可微流水线,用于 kSZ 诱导的 CMB-大尺度结构互相关分析和径向速度场重建,并结合机器学习电子密度估计提升信噪比。
2024-02-29 astro-ph.CO
A novel CMB polarization likelihood package for large angular scales built from combined WMAP and Planck LFI legacy maps
我们提出了一个CMB的大尺度极化数据集,通过结合WMAP Ka,Q和V普朗克70 GHz的地图。我们采用WMAP和普朗克合作发布的传统频率图,并执行我们自己的银河前景缓解技术,该技术依赖于普朗克353 GHz的极化尘埃和普朗克30 GHz和WMAP K的极化同步加速器。我们推导出一个单一的,最优噪声加权,低残留前景地图和伴随的噪声协方差矩阵。通过$χ^2$分析,这些都显示出在大量的银河掩模集合上是鲁棒的。我们使用这个数据集,以及普朗克遗留的指挥官温度解决方案,建立一个基于像素的低分辨率CMB似然包,其鲁棒性,我们广泛测试的帮助下的模拟,发现良好的一致性。单独使用该似然包,我们将光学深度约束为在$68\%$ C.L.的再电离$τ=0.069^{+0.011}_{-0.012}$,54%的天空。加上普朗克高$\ell$温度和极化的遗留可能性,普朗克透镜可能性和BAO观测,我们发现$τ=0.0714_{-0.0096}^{+0.0087}$在一个完整的$Λ$ CDM探索。后者的界限是稍微少约束比那些获得采用\Planck \ HFI CMB数据的大角度偏振,只包括EE相关。我们的界限是基于一个很大程度上独立的数据集,其中也包括TE相关性。它们通常与普朗克HFI很好地兼容,偏好稍高的PDMATHAMT值。我们公开了低分辨率的普朗克和WMAP联合数据集以及随附的似然代码。
2020-05-12 astro-ph.CO
A non-parametric consistency test of the $Λ$CDM model with Planck CMB data
非参数重建方法,如高斯过程(GP)回归,提供了一种独立于模型的方法来估计一个潜在的功能和它的不确定性,从噪声数据。我们演示了如何GP重建可以被用来作为一个给定的数据集和一个特定的模型之间的一致性测试,通过寻找结构的数据的残差相对于模型的最佳拟合。应用这种形式主义的普朗克温度和偏振功率谱测量,我们测试他们的全球一致性的基础$Λ$ CDM模型的预测。我们的结果没有显示出任何严重的不一致,贷款进一步支持的解释基础$Λ$ CDM模型作为宇宙学的黄金标准。
2017-09-28 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
The Atacama Cosmology Telescope: likelihood for small-scale CMB data
阿塔卡马宇宙学望远镜从三个季度的数据中测量了频率为148和218千兆赫的角分尺度的微波波动的角功率谱。在小尺度上,原始宇宙微波背景(CMB)的波动越来越被河外背景和次级CMB信号所掩盖。我们提出的结果从九参数模型描述这些二次效应,包括热和运动Sunyaev-Zel'dovich(tSZ和kSZ)的功率;集群和泊松般的功率从宇宙红外背景(CIB)源,和他们的频率标度;的tSZ-CIB相关系数;河外射电源功率;和热尘埃排放从银河卷云在两个不同的天空区域。为了提取宇宙学参数,我们描述了ACT数据的似然函数,将该模型拟合到多极范围500<ell<10000中的多频谱。我们扩展的可能性,包括在95,150和220 GHz的频率从南极望远镜的光谱。考虑到不同的射电源水平和银河卷云发射,同一个模型同时对两个数据集提供了极好的拟合,ACT的卡方/dof= 675/697,SPT的卡方/dof = 96/107。然后,我们使用多频似然估计CMB功率谱从ACT在bandpowers,边缘化的次要参数。这提供了在500<ell<3500范围内的简化的“仅CMB”似然性,用于宇宙学参数估计。
2013-10-08 astro-ph.CO
Large-scale CMB temperature and polarization cross-spectra likelihoods
我们提出了一种基于互谱的方法来分析大角度尺度的CMB数据,以约束再电离光学深度$τ$,张量标量比$r$和原始标量扰动的幅度$A_s$。相对于基于像素的方法,到目前为止,使用交叉谱具有独特的优势,以消除杂散噪声偏差,并给出一个更好的处理剩余的系统学,允许有效地结合编码在交叉频率或交叉数据集光谱的宇宙学信息。我们提出了两种解决方案来处理非高斯的$\hat{C}_\ell$估计分布在大角度尺度:第一个依赖于分析参数化的估计分布,而第二个是基于修改的Hamimache\&Lewis似然近似在大角度尺度。改进的HL方法(oHL)是一种功能强大而完整的方法。它允许处理多极和模式的相关性,结合温度和偏振分析。我们验证了我们的可能性,包括现实的噪声水平的\wmap,\planck -LFI和\planck -HFI实验,在广泛的交叉光谱配置的模拟,证明其有效性。
2015-09-07 astro-ph.CO
Cosmological measurements from the CMB and BAO are insensitive to the tail probability in the assumed likelihood
该研究通过将高斯似然替换为多元t分布测试尾概率影响,发现当前CMB和BAO测量对似然尾概率不敏感,似然形状和尾部不确定性不导致现有数据张力。
2024-03-06 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
Relieving tensions related to the lensing of CMB temperature power spectra
由普朗克数据重建的宇宙微波背景温度各向异性的角功率谱似乎存在太多的引力透镜畸变。这是量化的控制参数$A_L$,应该与统一的标准宇宙学兼容。使用玻尔兹曼类解算器和轮廓似然方法,对于该参数,我们使用普朗克公共似然来测量从1的2.6 PDMATHAMN偏移。我们发现,由于与再电离光学深度$τ$和原始扰动幅度$A_s$的强相关性,$\sim2σ$张力$τ$也出现在低($\ell\leq 30$)和高($30<\ell\lesssim 2500$)多极可能性得到的结果之间。使用Hillipop,另一个从普朗克数据建立的高$\ell$可能性,这个差异降低到$1.3σ$。在这种情况下,$A_L$值仍然与单位值不一致,相差$2.2σ$,这表明宇宙学参数和干扰参数之间的相关性具有重要影响。为了更好地约束干扰前景参数,我们包括非常高的$\ell$测量的阿塔卡马宇宙望远镜(ACT)和南极望远镜(SPT)的实验,并获得$A_L = 1.03 \pm 0.08$。光学深度的Hillipop+ACT+SPT似然估计值为$τ=0.052\pm{0.035,}$,它现在与低$\ell$似然确定值完全兼容。在展示了我们的结果与各种组合的鲁棒性之后,我们研究了这种改进的原因,这种改进是由于更好地确定了整组前景参数。最后,我们结合CMB数据的可能性,提供$Λ$ CDM参数的估计。
2016-10-19 astro-ph.CO
A GPU-Accelerated JAX Framework for Robust Parametric Component Separation and Clustering Optimization for CMB Polarization Satellites
Université Paris Cité(巴黎西岱大学);CNRS Astroparticule et Cosmologie(法国国家科学研究中心粒子与宇宙学实验室);Department of Physics University of Oxford(牛津大学物理系)
本文提出一种基于JAX的参数分量分离方法,用于CMB极化数据,通过GPU加速处理空间变化的前景光谱能量分布,提升计算效率和鲁棒性。
2026-10-06 astro-ph.CO
Maximum likelihood, parametric component separation and CMB B-mode detection in suborbital experiments
我们研究的性能参数极大似然分量分离方法的背景下的CMB B模式信号检测和小规模的CMB亚轨道实验表征。我们考虑高分辨率(FWHM= 8 ')气球载和地面观测站映射低尘埃对比度的天空区域的400和1000平方度,在三个频率通道,150,250,410 GHz,和90,150,220 GHz,灵敏度为1至10 micro-K每个光束大小的像素。这些被选为代表的一些建议,下一代,测热实验。我们研究了在像素和谐波域中恢复的CMB图中留下的残留前景贡献,并讨论了它们对确定张量与标量比r的影响。特别是,我们发现,来自模拟数据的考虑球载观测站的残差是足够低,不相关的B-模式的科学。然而,地面观测站需要一些外部信息才能进行令人满意的清理。我们发现,如果这样的信息确实是在后一种情况下,无论是地面和球载实验可以检测到的r值低至~0.04在95%的置信水平。前景残差对这些限制的贡献被发现是次显性的,并且这些是由CMB引起的统计不确定性驱动的,包括E-to-B泄漏和噪声。我们强调,要达到这样的水平,就需要充分控制数据中存在的系统性影响的水平。
2010-04-27 astro-ph.CO
Validating a main beam treatment of parametric, pixel-based component separation in the context of CMB observations
本研究在CMB观测的参数化成分分离中实现主波束校正,无需预处理即可适配不同频率波束,经模拟验证能以接近最优噪声重建更高分辨率CMB图,保留像素域优势且可处理空间平稳噪声相关性。
2025-05-16 astro-ph.CO
Extreme data compression for the CMB
将Karhunen-Loéve方法应用于宇宙微波背景(CMB)数据集,表明我们可以在一分钟内恢复输入宇宙学并获得$Λ$冷暗物质宇宙学中的边缘似然,比马尔可夫链蒙特卡罗方法快得多.这是通过在每个多极$l$形成功率谱的线性组合,并求解联立方程组,使得Fisher矩阵局部不变来实现的。我们不需要对整个参数空间进行完全似然评估,而是只需要对感兴趣的参数进行似然评估,数据压缩有效地边缘化了所有其他参数。加权向量包含关于参数对CMB各向异性功率谱$C_l$的物理影响的见解。这些矢量的形状和幅度给人一种直观的感觉,宇宙微波背景辐射的物理性质,观测到的光谱对宇宙学参数的敏感性,以及不同实验对宇宙学参数的相对敏感性。我们测试这种方法的精确理论$C_l$以及威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)的CMB数据集从随机实现的基准宇宙学,比较压缩结果,从一个完整的可能性分析,使用CosmoMC。在表明该方法的工作原理后,我们将其应用于WMAP七年数据发布的温度功率谱,并讨论了我们的方法应用于实际数据集的成功和局限性。
2016-08-01 astro-ph.CO
Approximate Likelihood Approaches for Detecting the Influence of Primordial Gravitational Waves in Cosmic Microwave Background Polarization
下一代宇宙微波背景(CMB)实验的主要目标之一是探测原初B模信号。第四阶段实验的计划正在进行中,预计仪器噪声小到足以使透镜效应和前景成为从偏振图估计张量标量比$r$的主要不确定性来源。这使得脱透镜成为未来CMB偏振科学的关键部分。在本文中,我们提出了一种估计张量标量比$r$从CMB偏振观测的似然方法,它结合了一个完整的规模的二次去透镜技术的易处理的似然方法的好处。该方法是一种像素空间,二次去透镜B模式的全阶似然分析,并且它基本上通过考虑所有阶透镜和像素空间异常来建立在二次去透镜器上。它的易处理性依赖于一个重要的分解的像素空间的偏振观测的协方差矩阵,它允许一个计算的完整的高斯近似似然配置文件,作为一个功能的$r$,在一个单一的似然评估相同的计算成本。
2017-08-31 astro-ph.CO
A foreground-marginalized 'BK-lite' likelihood for the tensor-to-scalar ratio
本文利用BK18公开似然检验前景建模假设,并基于多元偏移对数正态分布构建无冗余参数的前景边缘化BK-lite似然,以支持未来CMB B模式小天区分析。
2024-02-29 astro-ph.CO
Pixel domain implementation of the Minimally Informed CMB MAp foreground Cleaning method
本文提出一种非参数最大似然CMB清理方法的像素域新实现,扩展了对前景空间变异性的处理,验证表明其在复杂前景下优于参数化方法,是极具竞争力的替代方案。
2024-11-16 astro-ph.CO
Optimized Large-Scale CMB Likelihood And Quadratic Maximum Likelihood Power Spectrum Estimation
我们重新审视问题的准确CMB的可能性和功率谱估计的目标是通过线性压缩的计算成本最小化。这个想法最初是由Tegmark等人为CMB目的提出的。(1997),在这里,我们将其发展成为一个完整的工作计算框架,用于大规模偏振分析,采用\WMAP \作为一个工作的例子。我们比较了五种不同的线性基(像素空间,谐波空间,噪声协方差特征向量,信号-噪声协方差特征向量和信号加噪声协方差特征向量)的压缩效率,并发现计算上最有效的基础是信号-噪声特征向量的基础上,这是密切相关的Karhunen-Loeve和主成分变换,在协议与以前的建议。在此基础上,6836个未掩蔽的\WMAP \天空图像素中的信息可以被压缩成3102个模式的较小集合,其中在$\ell\le32$处任何单个多极的最大误差增加为3.8%,并且幅度倾斜模型的联合分布的平均值的最大偏移为0.006 $σ$。这种压缩将单个似然评估的计算成本降低了5倍,从38到7.5 CPU秒,并且还通过隐式正则化近退化模式来产生更鲁棒的似然。最后,我们使用相同的压缩框架,制定一个数值稳定和计算效率的变化的二次极大似然实现,需要不到3 GB的内存和2 CPU分钟,每次迭代$\ell \le 32$,呈现低$\ell$ QML CMB功率谱分析完全易于处理的标准笔记本电脑。
2015-09-11 astro-ph.CO astro-ph.IM
Optimal bolometer transfer function deconvolution for CMB experiments through maximum likelihood mapmaking
本文提出通过集成最大似然制图同时进行传递函数解卷积和像素化,避免两步法导致的不对称有效光束,使普朗克HFI 143 GHz模拟数据的有效光束椭圆率降低64%、FWHM减小2.3%。
2024-05-13 astro-ph.CO
AB$\mathbb{C}$MB: Deep Delensing Assisted Likelihood-Free Inference from CMB Polarization Maps
针对CMB B模极化探测原初引力波受透镜畸变、高维数据似然计算成本高的问题,提出结合生成模型去透镜与ABC算法的无似然推断方法,可实现张标比r的无偏估计与校准良好的不确定性量化。
2024-07-13 astro-ph.CO stat.AP
How to avoid X'es around point sources in maximum likelihood CMB maps
只要数据模型是正确的,用于CMB地图制作的极大似然估计是最优的和无偏的,但在实践中,它很少是,模型误差包括亚像素结构和工具问题,如时变增益和指向误差。在存在这种误差的情况下,解决方案是有偏的,每个像素中的局部误差沿着扫描图案向外泄漏噪声相关长度。这种泄漏的最重要的源是强点源,并且对于常见的扫描模式,泄漏表现为围绕每个这样的源的X。我讨论了为什么会发生这种情况,并提出了几种用于减轻和/或消除这种泄漏的新旧方法,以及一个小型的独立TOD模拟器和Python中实现它们的地图制作器。
2019-11-24 astro-ph.CO astro-ph.IM
When, Why, and How CMB Compression Fails
University of Trento(特伦托大学);Trento Institute for Fundamental Physics and Applications (TIFPA)-INFN(特伦托基础物理与应用研究所(TIFPA)-意大利国家核物理研究所);University of Hawai‘i(夏威夷大学);Shanghai Jiao Tong University(上海交通大学);University of Sheffield(谢菲尔德大学)
本研究测试了压缩CMB似然函数在约束ΛCDM之外新物理时的可靠性,发现其对晚期暗能量扩展仍准确,但修改暗物质演化会破坏映射关系导致约束严重失效。
2026-11-06 astro-ph.CO
CMB likelihood approximation for banded probability distributions
我们调查的随机变量,可以顺序排列,使一个给定的变量只依赖于它的直接前身有条件的。对于这样的集合,我们表明,充分的联合概率分布可以表示完全在单变量和双变量边际。在假定CMB功率谱似然仅在一个带状多极范围Δl内具有相关性的条件下,我们将此表达式应用于CMB似然分析中的两个突出问题。首先,我们推导出一个统计上定义良好的混合似然估计,合并两个独立的(例如,低和高-L)可能性转换为单个表达式,该表达式适当地说明了两者之间的相关性。将这个表达式应用于WMAP似然性,我们验证了在过渡区中,相关性对WMAP宇宙学参数的影响可以忽略不计;任何参数的最大相对位移为0.06σ。然而,由于这可能不适用于其他实验设置(例如,对于不同的仪器噪声特性或分析掩模),但必须在逐个情况的基础上进行验证,出于统计自洽性的原因,我们推荐我们的新杂交方案用于未来的实验。其次,我们使用相同的表达式来提高Blackwell-Rao似然估计的收敛速度,将所需的Monte Carlo样本数减少了几个数量级,从而将其扩展到高l应用。
2013-04-01 astro-ph.CO astro-ph.IM
Likelihood methods for CMB experiments
大量的实验工作目前正致力于精确测量宇宙微波背景(CMB)天空的温度和偏振。卫星,气球和地面实验在多个尺度上仔细检查CMB的天空,因此不仅能够调查早期宇宙的演化,而且能够以前所未有的准确度调查其后期物理学。从仪器收集的时间有序数据到最终产品的管道是高度结构化的。此外,它还必须提供与具体实验有关的统计和系统不确定性的准确估计。在本文中,我们审查的可能性方法有针对性的CMB信号在不同尺度上的分析,并估计关键的宇宙学参数。我们考虑在空间中分析数据的方法(即,基于像素)或谐波域。我们强调每种方法最相关的方面,并比较它们的性能。
2020-01-17 astro-ph.CO astro-ph.IM
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
Likelihood, Fisher information, and systematics of cosmic microwave background experiments
每个实验都会受到系统效应的影响,这些系统效应会妨碍数据分析,并有可能最终降低其性能。在探测宇宙微波背景(CMB)辐射的情况下,需要考虑的最小问题集包括不对称波束功能、相关噪声和不完整的天空覆盖。假设一个简化的扫描策略,允许一个精确的分析处理的问题,我们研究的系统效应的CMB功率谱的似然函数的影响。我们使用的Fisher矩阵,一个数据集的信息含量的措施,不同的实验配置的定量比较。此外,对于不同的功率谱系数,我们直接探索的似然函数的形式,并得到以下结果:似然函数可以偏离高斯分布系统的最高多极值在我们的分析中考虑。正确处理,现实水平的非对称光束功能和相关噪声本身不降低CMB实验的信息产量,也不引起明显的多极之间的耦合。另一方面,掩盖大部分天空会导致似然函数的相关结构变得更加复杂。将相邻的功率谱系数组合到仓中可以部分地缓解这些问题。
2012-05-03 astro-ph.CO
New estimates of the CMB angular power spectra from the WMAP 5 yrs low resolution data
一个二次最大似然(QML)估计应用于WMAP 5年低分辨率地图计算CMB角功率谱在大尺度的温度和偏振。提供了六个角功率谱的估计值和误差条,并在可能的情况下与WMAP团队获得的结果进行了比较,没有发现任何不一致之处。还通过基于像素的似然码针对从$\ell =2$到10的所有六个功率谱的$C_{\ell}$计算条件似然切片。这两种代码都在单个矩阵中处理$(T,Q,U)$的协方差,而不采用任何近似。这两个代码的输入(前景简化图和相关协方差)由WMAP团队提供。似然切片的峰值总是与误差条内的QML估计一致,然而,当QML估计用作基准功率谱而不是最佳拟合理论功率谱时,会出现极好的一致性。通过对估计谱的条件似然的充分计算,发现温度四极杆$C_{\ell=2}^{TT}$值与WMAP 5年$Λ$ CDM最佳拟合值的距离小于$2 σ$。发现$BB$光谱与零一致,并提供了B模式的上限。发现奇偶校验奇信号$TB$和$EB$与零一致。
2009-08-05 astro-ph.CO
Testing chirality of primordial gravitational waves with Planck and future CMB data: no hope from angular power spectra
我们使用2015年普朗克似然与Bicep 2/Keck似然(BKP和BK 14)结合来约束尺度不变场景中原始引力波的手征$χ$。在这个框架中,参数$χ$进入理论总是耦合到张量标量比$r$,例如以$χ\cdot r$的形式组合。因此,检测$χ$的能力关键取决于$r$的值。我们发现,目前的数据集$χ$是\textit{de facto}无约束。我们还根据未来的CMB实验(包括COrE+)提供对$χ$的预测,探索$r$的几个基准值。我们发现,目前对$r$的限制是严格的,足以不利于一个整洁的检测$χ$。例如,在$r\sim0.1(0.05)$的不太可能的情况下,最大手性情况,即$χ= \pm1$,最多可以检测到$\sim2.5(1.5)σ$的显著性。我们的结论是,在CMB似然函数的基础上的两点统计是目前无法约束手性,并可能只提供弱限制$χ$在最乐观的情况下。因此,至关重要的是要研究使用其他的观测量,例如高阶统计量提供的,以约束这些类型的宇称违反理论与CMB。
2016-08-16 astro-ph.CO
Cosmological Parameters from CMB Maps without Likelihood Approximation
我们提出了一个有效的贝叶斯MCMC算法估计宇宙学参数的CMB数据,而不使用似然近似。它建立在先前开发的吉布斯采样框架之上,该框架允许探索联合CMB天空信号和功率谱后验P(s,Cl| d),并且解决了在高和低信噪比状态下同时进行有效参数估计的长期存在的问题。为了实现这一目标,我们的新算法引入了一个联合马尔可夫链移动,其中信号图和功率谱同步修改,通过重新缩放的地图,根据建议的功率谱之前评估的Metropolis-Hastings接受概率。Jewell等人(2009年)已经引入了这种移动,他们使用它来探索低信噪比后验。然而,他们还发现,相同的算法在高信噪比条件下效率低下,因为暴力重新缩放操作不能考虑相位信息。在新算法中,通过在重新缩放之前从所提出的映射中减去维纳滤波器均值场来缓解该问题,从而在联合步骤中保持高信噪比信息不变,并且有效地仅重新缩放低信噪比分量。为了探索完整的后验,新的联合移动然后与标准的条件吉布斯天空地图移动交错。我们将我们的新算法应用于简化的模拟,我们可以评估精确的后验来研究其准确性和性能,并找到与精确后验的良好一致性;边际均值小于0.006 sigma,标准差优于3%。马尔可夫链相关长度与现场其他标准采样器获得的相关长度具有相同的数量级。
2016-03-28 astro-ph.CO
Revisiting the distance duality relation using a non-parametric regression method
由距离对偶关系(DDR)给出的光度距离$D_L$与角直径距离$D_A$之间的相互依赖关系在观测宇宙学中具有重要意义。它与宇宙微波背景辐射的温度-红移关系密切相关.任何偏离$η(z)\equiv \frac{D_L}{D_A (1+z)^2} =1$的行为都预示着新物理学的可能出现。我们在这项工作中的目的是检查这些关系的一致性,使用非参数回归方法,即,LOESS与SIMEX。这种技术避免了对宇宙学模型的依赖,并以最小的假设集工作。此外,为了分析该方法的效率,我们模拟了一个数据集的$200$点的$η(z)$数据的基础上的现象学模型$η(z)= (1+z)^ε$。用不同红移下的CMB辐射温度计算了模拟数据点的误差。为了检验距离对偶关系,我们使用JLA SNe Ia光度距离数据,而角直径距离是从射电星系数据集获得的。由于DDR与CMB温度-红移关系有关,因此我们也利用CMB温度数据重建了$η(z)$。值得注意的是,利用CMB数据,我们能够研究DDR到非常高红移的$ z = 2.418$的演化。在这个分析中,我们没有发现在整个红移范围内的$1σ$区域内偏离$η=1$的证据($0 < z \leq 2.418$)。
2016-07-05 astro-ph.CO
MADmap: A Massively Parallel Maximum-Likelihood Cosmic Microwave Background Map-Maker
MADmap是一个软件应用程序,用于从包含相关噪声的时间序列数据中生成天空的极大似然图像,例如通过宇宙微波背景(CMB)实验收集的数据。它可以在从小型工作站到大规模并行超级计算机的平台上高效工作。地图制作是分析所有CMB数据集的关键步骤,极大似然法是最准确和最广泛适用的算法;然而,它是一项具有挑战性的计算任务。随着下一代地基、球载和卫星CMB偏振实验的开展,这一挑战只会增加。这些实验试图测量的B模式信号的微弱性要求他们收集大量的数据集。MADmap已经在多达$O(10^{11})$时间样本、$O(10^8)$像素和$O(10^4)$内核上运行,并正在进行扩展到下一代数据集和超级计算机的工作。我们描述了MADmap的算法的基础上围绕一个预处理共轭梯度求解器,快速傅立叶变换和稀疏矩阵运算。我们强调MADmap的能力,以解决现实的CMB数据集的分析中通常遇到的问题,并描述其应用程序模拟普朗克和EBEX实验。大规模并行和分布式实现的详细和缩放的复杂性所需的资源。MADmap能够分析目前可用的计算资源上收集的最大数据集,我们认为,根据摩尔定律,MADmap将能够减少最大规模的投影数据集。
2009-12-22 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
Maximum likelihood kinetic Sunyaev Zel'dovich velocity reconstruction
动力学Sunyaev Zel'dovich(kSZ)效应,宇宙微波背景(CMB)的温度各向异性诱导的CMB光子从自由电子的散射,将被测量在近期的CMB实验在高的意义。通过将CMB温度各向异性与结构示踪剂(如星系红移巡天)相结合,以前的文献介绍了一些重建径向速度场的技术。这个重建的径向速度场封装了大部分的宇宙学信息中所包含的kSZ温度各向异性,并可以提供强大的新的标准宇宙学模型和理论超越it.In本文中,我们引入了一个新的估计的径向速度场的基础上粗粒度的极大似然适合的kSZ组件的温度各向异性,给出了示踪剂的光学深度。我们证明,这极大似然估计产生更高的保真度重建比现有的二次估计在低噪声和高分辨率制度的目标即将到来的CMB实验。我们描述的极大似然估计在谐波空间和地图空间的实现,使用直接测量的光学深度场或星系调查作为示踪剂。我们简要评论的影响,引入不完善的重建光学深度场的偏见。
2022-05-31 astro-ph.CO astro-ph.GA
Cosmoglobe: Towards end-to-end CMB cosmological parameter estimation without likelihood approximations
本文在Commander中实现了Racine等人提出的宇宙学参数估计算法,通过半真实Planck LFI 70 GHz模拟量化了其计算成本,证明了无似然近似的端到端贝叶斯CMB参数估计的计算可行性,并指出未来需进一步优化以降低每个独立样本的有效成本。
2023-10-31 astro-ph.CO
Probing Anisotropic Cosmic Birefringence with Foreground-Marginalised SPT B-mode Likelihoods
University of California, Berkeley(加州大学伯克利分校);University of Melbourne(墨尔本大学);University of Chicago(芝加哥大学);Fermi National Accelerator Laboratory(费米国家加速器实验室)
本研究构建SPT-3G D1和SPTpol的前景边缘化CMB B模式极化似然性,用其约束各向异性宇宙双折射振幅$A_{\rm CB}$,获迄今最严BB功率谱约束,数据公开。
2025-11-14 astro-ph.CO
Integrated Markov Chain Monte Carlo (MCMC) analysis of primordial non-Gaussianity (f_NL) in the recent CMB data
利用WMAP双谱和功率谱对原始非高斯性(fNL)进行了马尔可夫链蒙特卡罗(MCMC)分析。在我们的分析中,我们同时约束了f_NL和宇宙学参数,使得宇宙学参数的不确定性可以适当地传播到f_NL估计。通过研究MCMC样本的参数似然,我们发现与高斯形状略有偏差,这使得Fisher矩阵估计不太准确。因此,我们估计的置信区间f_NL探索参数的似然不使用Fisher矩阵。我们发现,我们的分析的最佳拟合值与其他结果有很好的一致性,但置信区间略有不同。
2011-04-26 astro-ph.CO
Foreground Bias From Parametric Models of Far-IR Dust Emission
我们使用简单的玩具模型的远红外尘埃排放的准确性估计的宇宙微波背景的偏振可以恢复使用多频拟合,如果参数形式选择的拟合尘埃模型不同于实际的尘埃排放。常用的近似的远红外尘埃光谱产生CMB残差可比或大于下一代CMB任务的预期灵敏度,尽管拟合的组合CMB +前景排放的精度为0.1%或更好。对尘埃光谱的瑞利-金斯近似使拟合的尘埃光谱指数偏置Δ beta_d = 0.2,使暴胀B模振幅偏置Δ r = 0.03。如果真实的尘埃光谱包含多个温度分量,则在单个温度下将尘埃拟合到修改的黑体使最佳拟合CMB偏差Δ r > 0.003。一个13参数的模型拟合两个温度分量减少了这种偏见的数量级,如果真正的尘埃光谱实际上是一个简单的叠加在不同温度下的排放,但失败的水平Δ r = 0.006的尘埃的光谱指数随频率而变化。将观测频率限制在前景最小值附近的一个狭窄区域,可以减少某些尘埃光谱的偏差,但会增加其他光谱的偏差。在太赫兹频率周围的灰尘排放的峰值的数据可以减轻这些偏差,同时提供了一个直接确定的灰尘温度分布。
2016-07-07 astro-ph.CO
Mapping gravitational lensing of the CMB using local likelihoods
本文提出了一种新的估算方法,用于从观测到的CMB强度场和偏振场映射引力透镜势。我们的方法使用贝叶斯技术来估计的平均曲率的潜力在小的局部区域。然后,这些局部曲率用于构造引力势的低通滤波器的估计。通过利用贝叶斯/似然方法,可以很容易地克服丢失和/或不均匀像素的问题以及部分天空观测的问题(例如,E和B模式混合)。此外,我们的方法是本地的性质,使我们能够很容易地模拟空间变化的光束,是高度并行化。我们注意到,我们的估计不依赖于典型的泰勒近似,这是用来构建估计的引力势的傅立叶耦合。我们提出了我们的方法与一个平坦的天空模拟在接近理想的实验条件下的噪声水平为1 $μK$ -弧分的温度场,$\sqrt{2}$ $μK$ -弧分的偏振场,仪器光束半高全宽(FWHM)为0.25弧分。
2010-12-08 astro-ph.CO stat.AP
Scalar quadratic maximum likelihood estimators for the CMB cross power spectrum
估算宇宙微波背景(CMB)的互相关功率谱,特别是T B和EB谱,对于检验宇宙学中的宇称对称性和诊断隐伏仪器系统学具有重要意义。二次极大似然(QML)估计提供了功率谱的最佳估计,但它是计算非常昂贵的。混合伪CI估计计算速度快,但在大尺度上表现不佳。作为以前工作(Chen et al. 2021)的自然扩展,在本文中,我们基于E-B分离的Smith-Zaldarriaga(SZ)方法和标量QML方法来重建互相关功率谱,提出了一种新的无偏估计,称为QML-SZ估计。我们的新估计依赖于构建标量映射的能力,这使得我们能够使用标量QML估计来获得互相关功率谱。通过减少像素数量和算法复杂度,在测试情况下,计算成本降低了近一个数量级,运行时间快了近两个数量级。
2022-04-15 astro-ph.CO astro-ph.IM
Compressed Gaussian likelihood for the Planck low-$\ell$ data
Johns Hopkins University(约翰斯·霍普金斯大学)
针对Planck CMB低$\ell$ E模式极化数据,基于Sroll2似然构建了一个压缩的高斯似然,解决了非高斯似然与Fisher矩阵分析不兼容的问题,并通过MCMC验证了其在$\Lambda$CDM和扩展模型中的准确性。
2026-11-11 astro-ph.CO
Determination of Polarization Angles in CMB Experiments and Application to CMB Component Separation Analyses
新一代CMB偏振实验将达到以前从未达到的灵敏度极限,以检测原始B模式信号。然而,如果我们缺乏对系统学的严格控制,所有这些努力都将是徒劳的。在这里,我们专注于系统的偏振角校准的不确定性所产生的。误校准的偏振角引起E模式和B模式的混合,这模糊了原始B模式信号。本文提出了一种基于迭代角功率谱极大似然的方法来计算多频信号的极化角。该方法的基础是使EB功率谱归零。为了简化似然性,我们假设旋转角度很小(<6度),并且通过应用迭代过程来获得旋转角度的极大似然解,其中协方差矩阵不依赖于每次迭代的角度,即,旋转角度固定到先前迭代中的估计角度。有了这些假设,我们得到一个分析的线性系统,导致一个非常快速的计算实现。我们表明,用这种方法,我们能够确定每个频率的旋转角度具有足够好的精度。为了证明后一点,我们进行组件分离分析,使用参数组件分离方法B-SeCRET与两种不同的方法。在第一种方法中,我们将B-SeCRET流水线应用于利用角度估计进行反旋转的信号,而在第二种方法中,使用角度估计作为先验信息,将旋转角度视为模型参数。我们得到的旋转角度估计后,应用第二种方法,并表明,由于非零校准偏振角的系统残差减轻到1%的顺序在功率谱水平。
2021-10-27 astro-ph.CO
The C-Band All-Sky Survey (C-BASS): Simulated parametric fitting in single pixels in total intensity and polarization
宇宙微波背景$B$模式信号在任何频率下都可能比大部分天空中弥漫的银河前景信号弱。从这些前景中分离CMB的常用方法是通过基于像素的参数模型拟合。目前没有足够的全天空地图来适应最简单的天空模型。通过模拟七个代表性像素的发射,我们证明,包含5 GHz的数据点允许更复杂的模型的低频前景,以适应比目前。它表明,包括CBASS数据将显着减少一些关键参数的不确定性,在银河系前景和CMB的建模。额外的数据允许估计的同步加速器光谱指数的约束比目前可能的更强烈,与相应的改进的准确性的CMB振幅的恢复。然而,我们表明,把好的限制模型的同步辐射光谱曲率将需要额外的低频数据。
2019-07-29 astro-ph.CO
Impact of modelling foreground uncertainties on future CMB polarization satellite experiments
我们提出了一个错误的张量标量比由于残留扩散前景的分析。我们使用模拟观测的CMB偏振卫星,宇宙起源探测器,使用2010年向欧空局提出的版本的规格(COrE)。我们构建了一个完整的管道,从微波天空地图$r$的可能性,使用两种模型的扩散银河前景不同的复杂性,并假设组件分离不同程度的准确性。我们的流水线使用线性混合(广义最小二乘)解决方案的组件分离,和功率谱估计的混合方法,在低$\ell$ s的二次极大似然估计和伪$C_{\ell}$反卷积在高$\ell$ s。在$r$的可能性中,我们探索将前景残差建模为滋扰参数。我们的分析旨在测量通过对前景进行错误建模而在$r$中引入的偏差,并确定在仍然成功检测$r$的同时可以容忍的误差。我们发现,$r=0.01$可以成功地测量,即使在一个复杂的天空模型和存在前景参数误差。然而,$r=0.001$的检测更具挑战性,因为前景光谱特性的不准确建模可能导致$r$的有偏测量。一旦消除了偏差,$r$的总误差允许设定上限而不是检测,除非前景光谱指数的不确定性非常小,即尘埃和同步加速器的误差等于或优于0.5%。这就强调了在下一代CMB偏振实验中进行组分分离和前景表征研究的必要性。
2017-03-30 astro-ph.CO
Lensing reconstruction of cluster-mass cross-correlation with cosmic microwave background polarization
我们扩展了我们的极大似然法重建集群质量互相关从宇宙微波背景(CMB)温度各向异性和开发新的估计,利用六个不同的二次组合的CMB温度和极化场。我们的极大似然估计构造与delensed CMB温度和偏振场通过使用一个假设的模型的收敛场,他们可以迭代地应用到一组集群,接近透镜重建的最佳条件作为假设的初始模型是细化。使用平滑粒子流体动力学模拟,我们创建一个目录的现实集群可从目前的Sunyaev Zel 'dovich(SZ)的调查,我们证明了能力的极大似然估计重建集群质量互相关的大规模集群。iTT温度估计器提供的信噪比比iEB偏振估计器大3倍,除非用于测量偏振各向异性的检测器噪声被控制在3微K以下。
2010-05-23 astro-ph.CO
Mitigating Complex Dust Foregrounds in Future CMB Polarization Experiments
在测量宇宙微波背景(CMB)的B模偏振时,偏振银河前景是系统误差的主要来源之一。实验对标准参数模型无法捕获的前景频谱的复杂性变得越来越敏感,这可能会影响我们有效分离这些成分的能力。采用一套尘埃模型,包括各种物理效应,我们模拟观测未来的七波段CMB实验,以评估这些复杂性对参数组件分离的影响。我们确定配置的频带,最大限度地减少简单的参数模型拟合到更复杂的“真正的”前景光谱,这将导致的“模型误差”推断CMB信号。我们发现:(a)采用简单的双参数修正黑体(MBB)灰尘模型的拟合在存在物理上真实的灰尘前景的情况下往往会在恢复的偏振CMB信号中产生显著的偏差;(b)具有三个附加参数的广义MBB模型在大多数情况下减少了这种偏差,但不可忽略的偏差可能仍然存在,并且可能难以检测;以及(c)视线效应(其引起频率去相关)和铁颗粒的存在是用于恢复真实CMB信号的尘埃发射中最成问题的复杂性。需要更复杂的模拟来证明未来的CMB实验可以成功地减轻这些物理上更真实的尘埃前景。
2018-11-12 astro-ph.CO astro-ph.GA
Dark Matter CMB Constraints and Likelihoods for Poor Particle Physicists
宇宙微波背景辐射对红移在100到1000之间的光暗物质的湮灭和衰变提供了限制,其强度取决于最终以电子和光子形式存在的能量的比例。由此产生的约束通常是有限的选择湮灭和衰变通道。在这里,我们提供了在暗物质质量的离散值处对湮灭截面和衰变率的约束,对于所有湮灭和衰变通道,其次级光谱已经使用PYTHIA在arXiv:1012.4515中计算("PPPC4DMID:A Poor Particle Physicist Cookbook for暗物质Indirect Detection "),即e,mu,tau,V-> e,V-> mu,V-> tau,u,d,s,c,b,t,gamma,g,W,Z和h。通过在质量上进行插值,这些可以用来从WMAP 7和普朗克中找到广泛的暗物质模型的CMB约束和似然函数,包括那些湮灭或衰变为不同通道的线性组合的暗物质。
2013-04-26 astro-ph.CO hep-ph
Impact of Polarized Galactic Foreground Emission on CMB Lensing Reconstruction and Delensing of B-Modes
下一代CMB实验(如CMB-S4)旨在以亚百分比精度测量CMB透镜效应潜力,其中大部分约束功率将来自CMB偏振。我们调查的前景,实现这一目标的存在下,大规模的,弥漫的银河前景发射,通过使用非高斯天空模拟和利用多频信息来清洁这些。我们表明,虽然在前景清洁之前,从污染的透镜势估计的宇宙学参数估计可以显着偏置,这些可以通过应用参数前景清洁方法成功地减轻。我们进一步观察到没有显着的额外的偏见,在脱透镜的B模式功率谱后,应用前景清洗,因此能够获得无偏测量的张量标量比,$r$,脱透镜后。
2020-01-08 astro-ph.CO
A Multi-Probe ISW Study of Dark Energy Models with Negative Energy Density: Galaxy Correlations, Lensing Bispectrum, and Planck ISW-Lensing Likelihood
K.N. Toosi University of Technology(卡恩·图西理工大学);Konkoly Observatory, HUN-REN Research Centre for Astronomy and Earth Sciences(孔科利天文台,匈牙利研究与创新科学院天文学与地球科学研究中心);University of Sheffield(谢菲尔德大学);Institute for Research in Fundamental Sciences (IPM)(基础科学研究所)
本文通过多探针ISW方法研究三种暗能量模型对宇宙观测的影响,揭示其在低ℓISW平台和高阶统计中的独特特征,以区分暗能量情景。
2025-12-08 astro-ph.CO
CMB constraints on dark matter-proton scattering: investigating prior-volume effects using profile likelihoods
The University of Texas at Austin(德克萨斯大学奥斯汀分校);University of Chicago(芝加哥大学);Instituto de Física de Cantabria (IFCA), CSIC-Univ. de Cantabria(坎塔布里亚物理研究所(IFCA),西班牙国家研究委员会-坎塔布里亚大学)
本文通过轮廓似然法研究暗物质-质子散射的先验体积效应,发现贝叶斯方法在约束散射截面时存在系统性高估问题,建议结合频数统计以更准确评估先验影响。
2026-10-01 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological Parameter Estimation with a Joint-Likelihood Analysis of the Cosmic Microwave Background and Big Bang Nucleosynthesis
New York University(纽约大学);Princeton University(普林斯顿大学);Flatiron Institute(平顿研究所);Boston University(波士顿大学);University of Chicago(芝加哥大学);Fermi National Accelerator Laboratory(费米国家加速器实验室);Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院);Harvard University(哈佛大学)
本文通过联合分析CMB和BBN数据,利用贝叶斯推断确定有效中微子种类数,并评估Lambda冷暗物质模型的可靠性。
2025-11-27 astro-ph.CO hep-ph