The Epoch of Reionization Window: II. Statistical Methods for Foreground Wedge Reduction
为了成功测量21 cm再电离时期（EoR）功率谱，必须稳健地抑制强前景污染物。这些前景来自不同的来源（如银河系同步辐射和河外点源），但几乎所有的共享的属性是光谱平滑，当通过干涉仪的色度响应，占据了一个签名“楔形”在圆柱形$k_\perp k_\parallel$傅立叶空间的区域。前景楔形的补充被称为“EoR窗口”，并且预计大部分是无前景的，允许功率谱的干净测量。本文是前一篇论文的续篇，该论文建立了一个严格的数学框架来描述前景楔形和EoR窗口。在这里，我们使用我们的框架来探索统计方法，通过该方法可以扩大EoR窗口，从而增加功率谱测量的灵敏度。我们适应FKP近似（常用于星系调查）21厘米宇宙学，也比较最佳的二次估计简单的估计，忽略不同傅立叶模式之间的协方差。发现最佳二次估计量可以通过EoR窗口外围功率的额外因子$\sim 10^5$来抑制前景，从而增强对从$12σ$到$50σ$的宇宙学信号的检测在我们的基准模型中再电离的中点。如果数值问题可以处理，去相关技术允许EoR窗口进一步扩大，使测量能够深入前景楔形。这些技术不假设前景是高斯分布的，我们还证明了最后一轮的前景减法可以在去相关后以保证没有宇宙学信号损失的方式进行。
2014-07-24 astro-ph.CO astro-ph.IM
Exploring the Cosmic Reionization Epoch in Frequency Space: An Improved Approach to Remove the Foreground in 21 cm Tomography
为了正确地恢复宇宙再电离过程中中性氢发射的红移21 cm信号，我们重新审视了基于频率空间二次多项式拟合技术的分离方法，通过样本统计定量评估恢复的21 cm信号质量，研究它们是否能在复杂前景下令人满意地工作。我们构造前景模型来表征真实天空的空间和光谱子结构，并使用它来模拟观测到的无线电频谱。通过对21 cm谱和功率谱的统计分析，比较不同分离方法对再电离过程的平均晕偏$b$和平均电离分数$x_e$的影响，在$z=8$和60 mK的噪声水平下，我们发现，尽管复杂前景可以用二次多项式展开很好地近似，丢失了21 cm信号的Mpc尺度分量的显著部分（对于$\gtrsim 6h^{-1}$ Mpc尺度为75%，对于$\gtrsim 1h^{-1}$ Mpc尺度为34%），因为当应用单窄段分离方法时，其倾向于被误识别为前景的一部分。本文提出的三窄段拟合技术能最好地恢复21 cm信号，并能最精确地确定$b$和$x_e$。类似的结果可以在其他红移得到。
2012-11-27 astro-ph.CO astro-ph.IM
The precision and accuracy of early Epoch of Reionization foreground models: comparing MWA and PAPER 32-antenna source catalogs
作为观测的再电离时代（EoR）在红移21厘米发射开始，我们评估的精度阵列探测再电离时代（PAPER）和默奇森宽场阵列的早期目录结果的准确性。MWA EoR方法的大部分灵敏度来自减去前景，精度<1%，而PAPER方法依赖于初级束的稳定性和对称性。两者都需要精确的通量校准来设置测量功率谱的幅度。这两种仪器在分辨率、灵敏度、天空覆盖范围和光谱范围方面非常相似，并从几乎同时的数据中产生目录。我们使用贝叶斯MCMC拟合方法来估计这两个仪器在相同的通量尺度上在20%以内，并发现图像大多是一致的。然后，我们通过比较两个重叠的MWA小平面来调查误差的来源，我们发现这些差异主要与初级光束的不准确模型有关，但也与由于CLEAN而导致的明亮光源中的相关误差有关。最后，我们建议减轻和更好地描述这些影响。
2013-03-08 astro-ph.CO astro-ph.IM
Foreground removal for Square Kilometre Array observations of the Epoch of Reionization with the Correlated Component Analysis
我们应用相关成分分析（CCA）的平方公里阵列的模拟数据的方法，准确地清除扩散前景污染的21厘米再电离信号的目的。CCA已经被开发用于宇宙微波背景，但是将该方法的傅立叶域实现应用于再电离信号是直接的。CCA是一种参数化方法，通过使用二阶统计量从数据中估计前景的频率行为。我们测试其性能的前景模拟越来越复杂，旨在挑战所采用的参数模型。我们还放弃了大多数方法所依赖的谱平滑性假设。我们能够有效地清除所有前景模拟的探索频率范围（100-200 MHz）内的模拟数据。这表明，CCA方法是非常有前途的EoR组分分离。
2014-12-05 astro-ph.CO
Cosmic Dawn and Epoch of Reionization Foreground Removal with the SKA
SKA的特殊灵敏度将允许在光谱和空间上以前所未有的细节观测宇宙黎明和再电离时代（CD/EoR）。这些丰富的信息被埋在银河系和河外的前景之下，必须准确而精确地将其移除，以揭示宇宙学信号。上一代射电望远镜已经解决了这个问题，但SKA的应用在许多方面有所不同。在本章中，我们总结了在高红移和高灵敏度21厘米测量的背景下，前景去除领域的贡献。我们使用最先进的模拟SKA第1阶段观测完成宇宙信号，前景和频率依赖的仪器效应来测试参数和非参数前景去除方法。我们使用几种不同的统计数据比较恢复的宇宙学信号，并探索与SKA最令人兴奋的可能性之一-电离气泡的成像。我们发现，与目前的方法，它是可能的，以极大的精度去除前景，并得到令人印象深刻的功率谱和宇宙学信号的图像。仪器的频率依赖性PSF使这种恢复变得复杂，因此我们将观测带宽分成更小的部分，每个部分具有共同的分辨率。如果前景被允许沿着视线从平滑幂律随机变化，则利用前景的平滑性或其行为的参数化的方法比非参数化的方法受到更多的挑战。然而，我们表明，校正技术可以实现恢复性能的参数化方法，只要一阶近似的幂律的立场。
2015-01-19 astro-ph.CO astro-ph.IM
Deep learning approach for identification of HII regions during reionization in 21-cm observations -- II. foreground contamination
本文提出SegU-Net v2卷积神经网络框架，用于在受前景污染的21厘米信号中识别中性区和电离区，并验证其对多种前景去除方法的独立性及在z>9时测量孤立电离气泡体积的能力。
2024-02-28 astro-ph.CO astro-ph.IM
Impact of 21-cm foreground mitigation strategies on reionization power spectrum constraints
Stockholm University（斯德哥尔摩大学）；Observatoire de Paris, Université PSL, Sorbonne Université（巴黎天文台，巴黎文理研究大学，索邦大学）
评估21厘米信号再电离时期的前景避免与高斯过程回归去除策略，两者引入约1σ参数偏差，避免法后验更宽，多红移推断受污染箱影响。
2026-07-20 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
Extending the Epoch of Reionization window with apt Foreground and Instrument modeling
可以看出，21厘米时期的再电离实验，预计有平滑的光谱依赖性的前景，是占主导地位的傅立叶空间的楔形区域称为前景楔。将21 cm再电离时期（EoR）信号与更大的前景分量分离的一种可能方法是关注傅立叶空间的剩余部分，称为EoR窗口。事实上，在傅立叶空间中存在三个不同的区域，（i）前景楔形部分，（ii）位于地平线楔形之外的EoR窗口区域，以及（iii）地平线楔形和视场楔形之间的区域。本文提出了两个问题：（1）两个楔形之间的信号是否也是EoR亮温起伏的直接表征？（2）在前景远大于信号的情况下，如何从该区域提取宇宙学信息？第一个问题的答案是肯定的，作为基线和延迟的函数的亮度波动与所考虑的情况下的EoR亮度温度波动在百分之几内相同。其次，由于不可忽略的旁瓣，中间区域不是无前景的。但是，如果对前景和仪器进行精确建模，则可以从该区域提取信号。由于所有三个分量，宇宙信号，前景和热噪声都是在同一个空间中计算的，因此建议的分析可能更简单。
2019-11-12 astro-ph.CO
Modeling the Radio Foreground for detection of CMB spectral distortions from Cosmic Dawn and Epoch of Reionization
在宇宙黎明和再电离过程中，宇宙重子的演化导致了宇宙微波背景（CMB）的21厘米光谱红移畸变。这些编码信息的性质和时间的第一个来源超过红移30 - 6，并出现在米波长作为一个微小的CMB失真随着银河系和河外无线电天空，这是数量级更明亮。因此，检测需要精确的方法来建模前景。我们提出了一种使用最大平滑（MS）函数的前景拟合方法。我们证明了MS函数的有用性，传统上使用的多项式来分离前景的再电离时代（EoR）信号。我们还研究了使用GMOSS，无线电天空的物理动机模型的合理前景的频谱复杂性的水平，并发现它们确实是平滑的，可以通过MS功能建模到足以辨别EoR信号的香草模型的水平。我们表明，MS功能的损失抵抗和鲁棒性保留EoR信号强度和转折点的残差。最后，我们证明，在使用一个良好的校准光谱辐射计和建模前景与MS功能，全球EoR信号可以检测与贝叶斯方法与90%的置信度在10分钟的积分。
2017-05-03 astro-ph.CO
Realistic Simulations of the Galactic Polarized Foreground: Consequences for 21-cm Reionization Detection Experiments
再电离期（EoR）红移21厘米谱线的测量受到强烈的天体物理前景污染、电离层畸变、复杂的仪器响应和其他不同类型噪声（如射频干扰）的挑战。天体物理前景主要是来自我们银河系的弥散同步辐射。在这里，我们提出了一个模拟的银河系发射作为前景模块的LOFAR-EoR关键科学项目端到端的模拟。模拟产生的总强度和偏振强度超过$10^\circ \times 10^\circ$地图的银河系同步辐射和自由-自由发射，包括所有观察到的发射特性：空间波动的幅度和光谱指数的同步辐射，以及法拉第旋转效应。这些模拟的重要性源于这样一个事实，即银河系极化发射可以表现出类似于EoR信号沿频率方向的方式。因此，不适当的仪器校准将导致偏振信号泄漏到总信号中，并掩盖所需的EoR信号。在本文中，我们解决这个问题，第一次通过现实的模拟。
2015-06-10 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Systematic Effects of Foreground Removal in 21cm Surveys of Reionization
众所周知，在21 cm勘测中的前景减法去除大尺度功率。我们调查相关的系统性偏差。我们表明，消除大尺度上的视线波动混叠到抑制的3D功率谱在很宽的尺度范围。这种偏差可以通过在1D功率谱中对小k进行边缘化来消除;然而，无偏估计量将具有明显更大的方差。我们还表明，高斯实现的功率谱允许准确和非常快速的蒙特卡罗模拟误差分析，完全非高斯场的重复实现是不必要的。我们进行蒙特卡罗最大似然模拟前景去除产生无偏，最小方差估计的功率谱与Fisher矩阵估计。前景去除也扭曲了21厘米PDF，降低了中性和电离区域之间的对比度。我们表明，这是减法的大尺度模式，这是负责这种失真，它是不太严重的再电离的早期阶段。它可以通过使用更大的带宽来减少前景去除。在再电离的后期阶段，最大的电离区域（仅由前景发射组成）提供了可能允许恢复大尺度模式的校准点。最后，我们还表明：（i）宽频率响应的同步辐射和自由-自由发射将涂抹出的电子动量分布的任何功能，并确保光谱平滑的前景;（ii）河外射电复合线应该是可以忽略的前景。
2011-03-16 astro-ph.CO
The bispectrum and 21cm foregrounds during the Epoch of Reionization
许多研究已经建立了21厘米双谱的理论潜力，以促进我们对再电离时代（EoR）的理解，从而促进恒星和星系的早期生成。在本文中，我们看看前景和仪器效应对21厘米双谱的影响和我们的能力来测量它。不像功率谱（在没有仪器效应的情况下），有一个窗口清除平滑频谱前景，其中21厘米功率谱可能是可检测的，没有这样的“EoR窗口”的双谱。相反，在较小的尺度上，EoR结构调制的前景（FG），以改变EoR+FG双谱从前景的一个复杂的方式。在更大的尺度上，EoR结构完全被前景的结构淹没，并且EoR+FG双谱完全由前景的双谱支配。因此，双谱在我们的观测受限于使用前景回避技术的情况下是不太可能有用的。我们还发现，有潜在的工具效应严重损坏的双谱，甚至可能使双谱无用的参数估计。在更大的尺度上，发现使用GMCA的前景去除将EoR双谱恢复到合理的准确度水平（甚至优于某些配置的功率谱）。进一步的研究是必要的，以了解与前景去除的错误和/或偏见之前，21厘米的双谱可以实际应用于未来的数据分析。
2020-02-14 astro-ph.CO
Unbiased constraints on reionization model parameters in presence of the foreground wedge
将再电离时期中性氢（HI）的红移21 cm信号与更大的天体物理前景分开的一种可能方法是将分析限制在傅立叶空间中的楔形区域。前景被限制在这个楔形，因为它们的平滑的光谱特性，这使得人们可以估计HI功率谱的前景自由的部分，称为再电离窗口。然而，由于信号中的视线各向异性，窗口中的球平均功率谱的估计与真实值不同。对于给定的再电离模型，可以通过根据勒让德多项式扩展功率谱来估计和考虑该差异。这个校正后的功率谱，称为聚类楔形，然后可以用于比较模型预测与观测。在这项工作中，我们仔细检查，胺是否聚类楔形是适当的，这样的模型比较，他们是否提供真正的无偏约束的EoR参数。我们使用的半数值模拟，再加上MCMC为基础的统计方法，为我们的分析。我们发现，聚类楔形不仅产生忠实的约束，统计参数值的不确定性也是可比的使用数据，而不存在任何前景。我们还发现，聚类楔有助于打破不同的EoR模型参数之间的退化。
2018-06-22 astro-ph.CO
Foreground contamination in Ly-alpha intensity mapping during the epoch of reionization
在再电离时期（EoR）的Ly-alpha发射的强度映射将受到来自较低红移的前景发射线的污染。计算了Ly-alpha发射在z~7处的平均强度和功率谱，并根据相关的天体物理过程估计了不确定度。我们发现，来自6563 A H-α，5007 A [OIII]和3727 A [OII]的低红移发射线将是观测到的Ly-alpha功率谱上的强污染物。我们利用恒星形成率（SFR）和光度函数（LF）来估计H-α在z~0.5处，[OIII]在z~0.9处和[OII]在z~1.6处的三条前景线的平均强度和功率谱，因为它们会污染z~7处的Ly-alpha发射。而这一点，也是最强的。我们分析了遮蔽的前景线高于一些线强度阈值的明亮的调查像素作为一种方式，以减少污染的强度映射调查。我们发现，如果我们去除通量大于1.4 × 10 ^-20 W/m^2的像素，前景污染可以忽略不计。
2014-02-28 astro-ph.CO
Parametrising Epoch of Reionization foregrounds: A deep survey of low-frequency point-source spectra with the MWA
追求从再电离时期（EoR）检测信号的实验依赖于源光谱在低频处的光谱平滑度。本文经验性地探讨前景光谱对EoR实验的影响，通过测量高分辨率的全偏振光谱的586个最亮的未解决的来源在MWA EoR领域之一，使用45小时的观察。一种新的剥离计划是用来减去2500个来源的电离层和波束校正的vibrant，从而在最深的，混淆有限的MWA图像到目前为止。由此产生的光谱被发现受仪器效应，这限制了可以设置在源固有的光谱结构的约束。对谱的灵敏度和功率谱进行了分析，发现残差谱主要由附近未卷积源的PSF旁瓣所控制。我们发布了一个目录，描述了每个测量源的光谱参数。
2016-02-06 astro-ph.CO astro-ph.IM
Detectability of 21cm-signal during the Epoch of Reionization with 21cm-Lyman-α emitter cross-correlation. II. Foreground contamination
红移21 cm信号与Lyman-α辐射源（LAEs）之间的互相关是探测再电离时期（EoR）的有力工具。虽然交叉功率谱（PS）的优点是不与比21厘米信号亮得多的前景相关，但银河系和银河系外的前景阻止了检测，因为它们有助于交叉PS的变化。因此，需要采取减轻前景的战略。在这项工作中，我们研究的影响前景回避测量的21厘米LAE互相关。然后，我们模拟21厘米的观察所观察到的默奇森宽场阵列（MWA）。点源前景是从银河系和河外全天空默奇森宽场阵列（GLEAM）的调查目录建模，并使用参数模型的扩散前景进行评估。对于LAE观测，我们假设斯巴鲁超级至尊凸轮（HSC）的大型调查，与主焦点摄谱仪（PFS）的光谱观测。为了预测21厘米的信号，我们采用后处理的辐射转移和辐射流体力学相结合的数值模拟。使用这些模型，2D PS的信噪比表明，即使在所谓的“EoR窗口”中，前景污染也主导交叉PS的误差。我们发现，至少99%的点源前景和80%的银河弥漫前景必须删除测量EoR信号在大尺度$k<0.5 h \rm Mpc^{-1}$。此外，在小尺度下的检测需要比使用128个瓦片操作的MWA的灵敏度大80倍的灵敏度和99%的点源前景去除。
2018-07-04 astro-ph.CO
Beamforming Errors in Murchison Widefield Array Phased Array Antennas and their effects on Epoch of Reionization Science
精确的天线波束模型对于射电观测至关重要，其目的是分离暗时代和再电离时代的红移21厘米谱线发射，并释放21厘米宇宙学的科学潜力。过去的工作主要集中在表征平均天线波束模型使用卫星信号或天文源作为校准器，但天线到天线的变化，由于不完善的仪器一直未被探索。我们通过实验室测量和模拟来表征Murchison宽场阵列（MWA）的这种变化，发现主瓣边缘附近和旁瓣中的典型偏差为+/-10-20%。我们认为这些结果的影响，图像和功率谱为基础的科学。特别是，我们模拟了由100米基线测量的vibration，并发现使用其他完美的前景模型，未建模的波束形成误差严重限制了前景减法精度的傅立叶空间的区域内污染的前景发射（“楔”）。这个区域可能包含了大量的宇宙学信号，访问它将需要测量每个天线的波束模式。然而，未建模的波束成形误差不会污染预期没有前景污染的傅立叶空间区域（“EOR窗口”），这表明前景避免仍然是可行的策略。
2016-02-17 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
Calibration requirements for Epoch of Reionization 21-cm signal observations -- II. Analytical estimation of the bias and variance with time-correlated residual gains
对中性氢的红移21厘米信号的观测是理解再电离和再电离后结构形成和演化的关键。除了在观测频率范围内存在数量级更大的前景外，干涉仪的仪器效应加上电离层效应，对从强前景中提取21厘米信号构成了相当大的挑战。源自测量过程的时间和频率相关的残余增益误差的系统效应引入偏差并且增强功率谱测量的方差。在这项工作中，我们研究了时间相关的剩余增益误差的影响，在存在强前景。我们提出了一种方法，以产生分析估计的偏差和变异的功率谱。我们使用模拟观测来确认这种方法的有效性，然后用它来了解增益误差的各种影响。我们发现，作为标准差的剩余增益误差的增加，在估计取代方差的偏差。据观察，最佳选择的时间，在此期间的增益解决方案估计的风险最小化。我们还发现，具有较高的基线密度的干涉仪是这些研究的首选仪器。
2022-02-19 astro-ph.CO astro-ph.IM
Foreground and sensitivity analysis for broad band (2D) 21cm--Ly-alpha and 21cm--H-alpha correlation experiments probing the Epoch of Reionization
探测到21厘米与再电离时期（EOR）的Ly-alpha或H-alpha之间的预测关系将是对第一个星系的有力探测。虽然3D强度图在低k_ \parallel模式下隔离前景，但红外测量还不能与无线电强度图实验的视场和红移分辨率相匹配。相反，2D（即，宽带）红外强度图可以用当前的实验来测量，并且受到前景而不是光子或热噪声的限制。我们发现，二维实验可以测量k<0.2 Mpc^-1时的大部分三维涨落功率，同时保持其相关性。然而，我们发现前景带来了两个挑战：（1）简单的几何效应产生射电和红外通量之间的相关性，即使它们的光度是不相关的;（2）射电和红外前景残差贡献样本方差噪声的交叉频谱。第一个挑战需要更好的前景掩蔽和减法，而第二个挑战需要大视场来平均不相关的无线电和红外功率。利用默奇森宽场天线阵的射电观测和小行星陆地撞击最后警报系统的近红外观测，我们将z \sim 7处21 cm-Ly-alpha交叉功率谱的剩余前景上限设定为Δ^2<181 kJy/sr * mK（95\%），\ell \sim 800。我们预测了未来实验中前景相关性和样本方差噪声的水平，表明更高分辨率的调查，如LOFAR，SKA-LOW和暗能量调查可以开始探测21 cm-LyαEOR交叉光谱的模型。
2017-11-02 astro-ph.CO
The Impact of Realistic Foreground and Instrument Models on 21cm Epoch of Reionization Experiments
预测21厘米干涉实验区分再电离时期（EoR）信号模型的能力通常受到数据模型简单性的限制，因此前景信号和仪器特征通常被简化或忽略。为了走向更真实的场景，我们探索将更真实的前景和仪器模型应用于21厘米信号的效果，以及用这些额外的复杂性来估计天体物理参数的能力。我们使用一个高度优化的版本的\textsc{21cmFAST}，集成到\textsc{21cmMC}，产生光锥的亮度温度波动的贝叶斯参数估计。我们包括一个统计点源前景模型和一个仪器模型的基础上的默奇森宽场阵列（MWA）缩放的观测时间有一个有效的灵敏度类似于未来的平方公里阵列（SKA）。我们还扩展了当前的似然处方，以考虑到光束卷积和前景的存在，二维功率谱（PS），以及PS模式的相关性。我们使用150和180 MHz之间的频带来约束电离效率（$ζ$），晕的最低维里温度（$T_{\mathrm{vir}}$），每单位恒星形成率（SFR）的软X射线发射率（$L_X/SFR$），和X射线能量阈值（$E_0$）。我们发现，列入现实的前景和仪器组件的偏见的参数约束，由于未占EoR信号，前景和热噪声之间的交叉功率。这导致$ζ$的估计值出现高达$5σ$的偏倚，但$T_{vir}$、L $_X$ /SFR和E $_0$的估计值不受影响，并且均在$1σ$范围内。
2020-03-19 astro-ph.CO
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
Observing the Reionization : Effect of Calibration and Position Errors on Realistic Observation Conditions
观测宇宙黎明和再电离期的红移21厘米信号是观测宇宙学中一项具有挑战性的工作。数量级更明亮的天体物理前景和各种仪器系统学的存在增加了这些观测的复杂性。这项工作提出了一个端到端的管道处理敏感的无线电观测的合成干涉数据。模拟天空模型包括红移的21厘米信号和天体物理前景。模拟了定标误差和位置误差对红移21厘米功率谱提取的影响。还研究了宇宙学信号像面探测误差的影响。对SKA 1-Low、MWA和HERA等阵列配置进行了比较分析。阵列的校准误差容限，在一些关于系统组件的性质的假设下，最佳地发现是用于检测信号的$\sim 0.01\%$。对于位置误差，$\gtrapprox 5\arcsec$的偏移使得残余前景模糊目标信号。这些模拟还意味着SKA-1 Low在图像域中的表现略好于其他算法，而MWA在功率谱域中的表现也是如此。这是比较在类似观测条件下运行的各种射电望远镜在探测宇宙信号方面的性能的首批研究之一。这种端到端的流水线也可以扩展到研究彩色初级波束、射频推断、具有频谱特征的前景等的影响。
2022-07-13 astro-ph.CO astro-ph.IM
A simulation calibrated limit on the HI power spectrum from the GMRT Epoch of Reionization experiment
GMRT再电离时期（EoR）实验是一项正在进行的测量中性氢在高红移下的功率谱的努力。我们以前曾用基本的分段线性前景减法在波数k=0.65 h/Mpc时报告过上限为（70 mK）^2。在本文中，我们探讨了使用奇异值分解，以消除前景与较少的假设前景结构。使用这种方法，我们还首次量化了由于前景滤波器而造成的信号损失，并提出了针对这种损失进行调整的新功率谱，提供了在k=0.50 h/Mpc时2 σ上限为（248 mK）^2的修正测量值。虽然这一修订后的限制比以前报道的要大，但我们认为它更稳健，仍然代表了z=8.6时再电离的最佳电流约束。
2013-05-13 astro-ph.CO
The wedge bias in reionization 21-cm power spectrum measurements
一个建议的方法来处理前景发射在即将到来的21厘米观测从时代的再电离是限制观测到一个未受污染的窗口在傅立叶空间。以这种方式可以避免前景发射，因为它被限制在$k_{\parallel}, k_{\perp}$空间中的楔形区域。然而，功率谱是各向异性的，由于红移空间的扭曲，从奇特的速度。因此，在前景回避窗口中测得的21 cm功率谱-仅对接近视线方向的有限角度范围进行采样-不同于全球面平均功率谱，全球面平均功率谱需要对\emph{all}角度进行平均。在本文中，我们首次计算了这种“楔形偏差”的大小。我们发现，偏置是最强的高红移，其中使用前景回避测量将高估功率谱约100%，可能模糊了独特的上升和下降的签名，预计为球平均21厘米功率谱。在再电离的后期阶段，偏置变为负值，幅度变小（$\lesssim 20$ %）。这种效应对空间尺度和再电离拓扑结构的依赖性很弱。
2015-11-12 astro-ph.CO
Antisymmetric Cross-correlation between H I and CO Line Intensity Maps as a New Probe of Cosmic Reionization
强度映射的H I 21厘米线和CO 2.61毫米线的时代的再电离已成为强大的，互补的，探测高红移宇宙。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H I 21 cm线和CO 2.61 mm线的强度图之间的两点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，这个新信号的符号可以独立于模型区分在某个时间间隔内是否发生由内而外的再电离。更重要的是，在再电离的偏移集模型的框架内，我们证明了在大尺度下的H I-CO互功率谱的偶极的斜率是线性的，以一种独立于再电离参数的方式的全球中性氢分数的变化率，直到接近再电离结束的斜率水平，但这种趋势可能取决于再电离模型的框架。氢-一氧化碳偶极可能是探测再电离速度的冒烟枪，或是宇宙再电离的“标准速度计”。对这一新信号的观测将揭示从再电离中点到接近完成的全球再电离历史。
2021-01-08 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Simulations of primary beam effects on the cosmic bispectrum phase observed with the Hydrogen Epoch of Reionization Array
中性氢的21~cm跃迁有望成为再电离时代最好的观测探针。测量21厘米信号的主要困难是存在明亮的前景，需要非常精确的干涉校准。闭合量可以规避校准要求，但是可能受到方向相关效应的影响，特别是天线主波束响应。本文研究了互耦对天线主波束闭合相位及其功率谱的影响。我们的模拟表明，受互耦合影响的初级光束导致泄漏的前景功率进入EoR窗口，这可以高达$\sim4$数量级高于没有考虑互耦合的情况。然而，对于包括29 μ m基线的三元组，这种泄漏基本上限于$k < 0.3$ ~ $h$ ~Mpc $^{-1}$。当明亮的前景出现在天线旁瓣中时，泄漏幅度更明显，正如预期的那样。最后，我们发现，包括相互不同的互耦合光束的三元组具有类似于包括相同类型的互耦合光束的三元组的功率谱，这表明三元组（或可见度对）内的光束到光束的变化不是EoR窗口中的前景泄漏的主要来源。
2022-05-19 astro-ph.CO astro-ph.IM
Joint estimation of the Epoch of Reionization power spectrum and foregrounds
红移的21厘米辐射亮度温度涨落的功率谱是再电离期（EoR）的有力探测器。然而，明亮的前景发射提出了一个显着的障碍，其无偏恢复干涉数据。我们建立在Sims等人2016年介绍的贝叶斯功率谱估计方法的基础上，并证明了将前景光谱结构的先验知识纳入数据模型的大光谱尺度分量中，可以显着改善前景的建模，而不会增加模型的复杂性。我们探讨了两个天体物理动机的大光谱尺度模型参数化：（i）一个常数加幂律模型的形式$q_{0}+q_{1}(ν/ν_{0})^{b_{1}}$的两个值的$b_{1}$：$b_{1} = <β>_\mathrm{GDSE}$和$b_{1} = <β>_\mathrm{EGS}$，银河系扩散同步辐射和河外源前景发射的平均光谱指数，分别，和（ii）一个常数加双幂律模型的形式$q_{0}+q_{1}(ν/ν_{0})^{b_{1}}+q_{2}(ν/ν_{0})^{b_{2}}$与$b_{1} = <β>_\mathrm{GDSE}$和$b_{2} = <β>_\mathrm{EGS}$。我们估计的EoR功率谱从模拟干涉数据组成的EoR信号，银河系的扩散同步辐射，河外源和扩散自由自由发射从银河系。我们表明，通过联合估计的EoR信号的模型与常数加双幂律参数化的大光谱尺度模型，无偏估计的EoR功率谱是可恢复的所有空间尺度上访问的数据集，包括在大的空间尺度上被发现被污染的早期工作。
2019-07-04 astro-ph.CO
A High Reliability Survey of Discrete Epoch of Reionization Foreground Sources in the MWA EoR0 Field
再电离HI信号的检测需要对介入星系和活动星系核的精确理解，无论是仪器校准还是前景去除。我们提出了一个目录的7394河外源在182 MHz的RA=0领域的Murchison宽场阵列时代的再电离观测计划检测。出于对精度和可靠性的前所未有的要求，我们开发了新的源查找和选择方法。我们应用机器学习方法对9490个候选源的相对可靠性进行自洽分类。根据可靠性等级和信噪比标准选择7466个子集。这些都是统计交叉匹配到其他四个无线电调查使用的位置和通量密度信息。我们发现7369个来源有信心的匹配，包括90个部分解决的来源，分为192个子组件。另外25个不匹配的来源被列为新的无线电探测。目录源的光谱指数中值为-0.85。频谱平坦化被视为朝向较低频率，在182 MHz处预测中值为-0.71。天体测量误差为7角秒。与2.3弧分相比。光束半高宽由此产生的目录涵盖约1400平方米。°的并且在半束功率内完成到大约80 mJy。这提供了MWA EoR 0领域迄今为止最可靠的离散源天空模型，用于精确的前景减法。
2016-07-13 astro-ph.CO astro-ph.IM
An Improved Statistical Point-Source Foreground Model for the Epoch of Reionization
我们提出了一个复杂的统计点源前景模型的低频无线电再电离时代（EoR）实验使用21厘米中性氢发射线。出于我们对低频无线电天空的理解，我们增强了现实主义的两个模型组件相比，现有的模型：源计数分布作为通量密度和空间位置（源聚类）的函数，扩展当前的形式主义的前景协方差的21厘米EoR实验中的2D功率谱模式。前者我们推广到一个任意打破幂律，和后者的任意各向同性相关的字段。本文提出了这些扩展下的修改后的协方差的表达式，并表明，对于一个更现实的源空间分布，额外的协方差出现在EoR窗口，这是以前无法解释的。不包括该贡献可能会在最终功率谱中产生偏差并低估不确定性，从而可能导致信号的错误检测。这种影响的程度是不确定的，由于忽略物理模型参数，但我们表明，它是依赖于相对丰富的微弱的来源，大意是我们的扩展将成为未来的深调查更重要。最后，我们表明，在一些参数的选择，忽略源聚类可能会导致大规模的错误检测，由于这两个诱导的偏见和人为减少估计的测量不确定性。
2017-06-30 astro-ph.CO
Non-parametric foreground subtraction for 21cm epoch of reionization experiments
从再电离时代（EoR）的红移21厘米发射检测的一个障碍是前景的存在，超过宇宙学信号的强度的数量级。我们认为，在原则上，它会更好地适应前景非参数化-允许数据来确定它们的形状-而不是选择一些功能形式提前，然后拟合其参数。然而，非参数拟合经常遭受其他问题。我们讨论这些之前，提出了一个非参数的方法，WP平滑，这似乎可以避免其中的一些。在概述了Wp平滑的原理之后，我们描述了一种实现Wp平滑的算法，然后将Wp平滑应用于LOFAR EoR实验的合成数据立方体。WP平滑的性能，测量的程度，它是能够恢复的宇宙信号的方差，它避免了从前景的功率泄漏，进行比较的参数拟合，和另一个非参数的方法（平滑样条）。我们发现，WP平滑是优于平滑样条为我们的应用程序，是有竞争力的参数化的方法，即使在后一种情况下，我们可以选择的函数形式的拟合与模拟前景的提前知识。最后，我们讨论了拟合的质量如何受到频率分辨率和范围，宇宙信号的特性和边缘效应的影响。
2009-06-15 astro-ph.CO
The Importance of Wide-field Foreground Removal for 21 cm Cosmology: A Demonstration With Early MWA Epoch of Reionization Observations
在本文中，我们提出的意见，模拟和分析表明前景发射的天空和它的位置在宇宙学功率谱干涉红移21厘米实验的位置之间的直接联系。我们开始一个启发式的形式主义理解映射到21厘米实验所使用的圆柱平均功率谱测量的天空坐标，重点是仪器的光束响应和相关的旁瓣的影响。然后，我们证明了这种映射分析功率谱与模拟和观测数据从默奇森宽场阵列。我们发现，去除一个前景模型，其中包括在主视场和第一旁瓣的源减少了百分之几的污染，在高k_平行模式相对于一个模型，其中只包括在主视场中的源，与前景模型的完整性设置的主要限制量的功率去除。虽然很小，但100级的前景功率量本身足以防止从这些模式恢复任何EoR信号。这一结果表明，前景减法红移21厘米的实验是一个真正的宽场问题，算法和模拟必须扩展到主仪器的视野以外，有可能恢复完整的21厘米功率谱。
2016-01-22 astro-ph.CO astro-ph.IM
Calibration Requirements for Detecting the 21 cm Epoch of Reionization Power Spectrum and Implications for the SKA
21厘米再电离时期的观测有望改变我们对星系形成的理解，但如果没有前所未有的仪器校准水平，这些观测是不可能的。我们提出了一个完整的EoR功率谱分析的端到端的模拟，包括一个真正的数据处理管道的所有主要组成部分：天体物理前景和EoR信号的模型，频率依赖的仪器效应，天空为基础的天线校准，和完整的PS分析。这项研究表明，传统的基于天空的每频率天线校准只能在EoR测量分析中实现，如果校准模型是不切实际的准确。为了合理的目录完整性水平，校准在其他前景自由功率谱模式中引入污染，排除PS测量。我们探讨这种污染的起源和潜在的缓解技术。我们发现，有一个很强的联合约束的校准目录和天线的固有频谱平滑度的精度，这对SKA和其他未来的EoR天文台的仪器设计具有重要意义。
2016-06-07 astro-ph.CO astro-ph.IM
Opening the 21cm EoR Window: Measurements of Foreground Isolation with PAPER
我们提出了新的观测与探测再电离时代（PAPER）的精密阵列的目的是测量在150 MHz的再电离实验的21厘米时代的前景发射的属性。我们专注于前景在宇宙学傅立叶空间的足迹，以了解哪些模式的21厘米功率谱将最有可能受到损害的前景发射。这些观测证实了前景可以被隔离到2D（k-垂直，k-平行）空间的“楔形”区域的预测，为更高k-平行值的宇宙学研究创造了一个窗口。我们还发现，由于前景中的光谱结构，发射延伸超过这个楔形的标称边缘，在最短的基线上，这个特征最突出。最后，我们对数据进行过滤，只保留这种“不平滑”的发射和图像特定的k-平行模式。结果图像显示，在最低模式下的功率过剩，但没有发射可以清楚地定位到天空的任何一个区域。这幅图像高度暗示，21 cm EoR研究中最有问题的前景将不是容易识别的明亮光源，而是更微弱的发射的集合。
2013-05-03 astro-ph.CO astro-ph.IM
The Necessity of Individually Validated Beam Models for an Interferometric Epoch of Reionization Detection
本文研究MWA非相同波束响应对21厘米EoR功率谱探测的影响，发现单一波束校准会导致前景泄漏超过宇宙学信号1000倍以上，并证明纳入实测形变波束模型可有效抑制泄漏，为EoR探测提供可行校准方案。
2024-09-30 astro-ph.CO astro-ph.IM
The Epoch of Reionization Window: I. Mathematical Formalism
21厘米的线提供了一个强大的天体物理学和宇宙学的探测器在高红移，但解锁这种探测器的潜力需要强大的前景污染物的缓解，通常是几个数量级比宇宙学信号亮。最近的模拟和观测表明，前景的平滑光谱结构与仪器色度相结合，污染了圆柱形傅立叶空间中的“楔形”区域。虽然以前的努力已经探讨了抑制前景在这个楔形，以及避免这个高度污染的地区，所有这些努力都忽略了严格审查的错误统计与楔形。使用二次估计形式主义的干涉测量方程，我们提供了一个框架，这样一个严格的分析（包括一个完全协变的处理错误）。此外，我们发现，有很强的误差相关性，在高空间波数，迄今被忽略的灵敏度推导。这些误差相关性大大降低了依赖于长基线贡献的阵列的灵敏度，与假设不相关误差的估计相比。
2014-07-24 astro-ph.CO astro-ph.IM
Calibration requirements for Epoch of Reionization 21-cm signal observations -- IV. Bias and variance with time and frequency correlated residual gains
本文提出解析方法评估残余增益和带通误差对红移21厘米多频角功率谱估计的偏差与方差影响，并证明SKA1-Low在128小时观测下可探测红移8的信号，但需优于现有干涉仪的校准精度。
2025-05-27 astro-ph.CO astro-ph.IM
A lower limit of dz > 0.06 for the duration of the reionization epoch
对早期宇宙中氢原子21厘米谱线的观测直接探测了星系间气体再电离的历史。然而，观测是具有挑战性的，因为预期的信号强度较低（~10 mK），并且受到银河系和河外连续谱源中强（>100 K）前景同步辐射的污染。如果再电离发生得很快，那么在全天光谱中，在平滑的前景上应该有一个特征性的可见信号。在这里，我们报告了一个在100和200 MHz之间的全天空光谱，对应于21厘米线的红移范围6 < z < 13。数据排除了在95%置信水平下dz < 0.06的快速再电离时间尺度。
2012-09-05 astro-ph.CO
Measuring the reionization 21 cm fluctuations using clustering wedges
使用红移21厘米线探测再电离时期的主要挑战之一是信号的幅度比天体物理前景小几个数量级。处理该问题的方法之一是避免傅立叶$k_{\perp} - k_{\parallel}$空间中包含来自频谱平滑前景的信号的楔形区域。然而，仅使用该楔形之外的模式（即，在再电离窗口中），导致偏置。我们提供了一个处方，基于扩展的功率谱的移位勒让德多项式，它可以用来计算角矩的功率谱中的再电离窗口。该处方需要使用所考虑的理论模型以及$k_{\perp} - k_{\parallel}$平面中前景楔形的有效范围的知识来计算功率谱的四极矩、四极矩和十六极矩。然后可以计算窗口中的理论功率谱，可以直接与观测结果进行比较。分析应避免使用21厘米功率谱数据的参数约束中的任何偏差的影响。
2018-06-22 astro-ph.CO
The Impact of Beam Variations on Power Spectrum Estimation for 21-cm Cosmology I: Simulations of Foreground Contamination for HERA
探测再电离时期（EoR）的宇宙学信号需要高精度的校准，以将宇宙学信号与前景发射分离开来。在无线电干涉测量中，天线元件的扰动初级波束会破坏精确校准，这导致污染圆柱平均功率谱中的无前景区域或EoR窗口。对于氢时代再电离阵列（HERA），我们模拟和表征的扰动初级束流引起的饲料运动，如轴向，横向和倾斜运动，以上的14米盘。为了了解扰动光束的影响，能见度测量建模与两个不同的前景组件，点源和漫射源，我们发现不同的饲料运动呈现出不同的反应，每种类型的天空源。HERA的冗余基线校准在存在非冗余天线波束的情况下，由于馈电运动，在增益解决方案中引入了色误差，这会产生进入EoR窗口的前景功率泄漏。观测到的垂直进给运动的泄漏主要来自天顶周围的点源。此外，所观察到的泄漏从水平和倾斜饲料运动主要来自附近的水平扩散组件。对于具有最小前景偏差的EoR信号的鲁棒检测来说，色增益误差的减轻将是必要的，并且这将在随后的论文中讨论。
2022-10-28 astro-ph.CO astro-ph.IM
Simulations of Galactic polarized synchrotron emission for Epoch of Reionization observations
红移宇宙学$21$ ~cm线信号的检测需要去除银河系和河外前景发射，这是在天空中的任何地方明亮的数量级。目前使用的前景清洁方法在去除光谱平滑成分方面是有效的。然而，它们在光谱不平滑的污染物中挣扎，因此，这可能是最危险的污染物。这方面的一个例子是偏振同步辐射，这是法拉第旋转的星际介质和泄漏到总强度由于仪器的缺陷。在这项工作中，我们提出了新的全天空模拟这种偏振同步辐射在$50-200$ ~MHz的范围内，从所观察到的特性，在低频率的扩散偏振发射。公开提供模拟偏振图，旨在提供更真实的模板来模拟仪器泄漏的影响和前景分离技术的有效性。
2018-02-08 astro-ph.CO
Stacking Redshifted 21cm Images of HII Regions Around High Redshift Galaxies as a Probe of Early Reionization
目前和未来的一些实验旨在通过红移21厘米线探测宇宙中第一批恒星和星系的中性氢再电离。使用\textsc{BlueTides}模拟，我们调查的测量一个\textit{average}电离区对再电离开始通过堆叠的红移21厘米图像周围的光学识别明亮的星系使用模拟观测。我们发现，与SKA 1000小时的观察，假设完美的前景减法，$5σ$检测堆叠的HII区域可以与周围的一些最亮的星系在\textsc{bluetides}（比$M_{UV} < -22.75$亮）在$z=9$（对应于中性分数为90.1 \%，在我们的模型）的30个图像。我们提出了模拟的星系的紫外线幅度之间的关系，它们所居住的电离区域的大小，和堆叠配置文件的形状。这些模拟观测还可以区分IGM是净发射还是吸收21 cm光子的情况。一旦21厘米的前景污染包括在内，我们发现，即使有多达200个图像周围的这些罕见的，明亮的星系，只有一个试探性的$> 1σ$检测将是可能的。然而，部分前景减法实质上改善了信噪比。例如，我们预测，将前景占主导地位的傅立叶空间的面积减少50%（80%）将允许$> 3σ$（$> 5σ$）检测$z=9$处的电离区域。
2020-11-19 astro-ph.CO
Effects of Antenna Beam Chromaticity on Redshifted 21~cm Power Spectrum and Implications for Hydrogen Epoch of Reionization Array
由于前景和仪器的系统性不明确，严重限制了现有实验对再电离期（EoR）红移21 cm信号的探测灵敏度。即将进行的实验面临着一个挑战，即每个天线元件提供更多的收集面积，而不会降低系统学的数据。本文及其同伴表明，使用氢时代再电离阵列（HERA）作为一个例子，碟是可行的，以实现这种平衡。在这里，我们特别确定与天线功率模式相关的频谱系统学作为对所有EoR实验的重大损害，其导致已经明亮的前景功率泄漏远远超出理想限制并污染原本干净的EoR信号模式。这种色度的主要来源是天线馈电组件中以及相邻天线中的结构之间的反射。使用精确的前景模拟考虑到宽场效应，我们提供了一个框架，以设置宇宙学动机的设计规范，这些反射，以防止进一步的EoR信号退化。我们表明HERA将不会受到这种光谱系统学的阻碍，并证明即使在不执行前景去除的保守情况下，HERA也会以高显著性检测视线$k$模式（$k_\parallel \gtrsim 0.2\,h$ ~Mpc $^{-1}$）中的EoR信号。19单元HERA布局中的所有基线都能够在天空的大量观测窗口上探测EoR。
2016-03-29 astro-ph.CO
Extracting the Global 21-cm signal from Cosmic Dawn and Epoch of Reionization in the presence of Foreground and Ionosphere
本文首次用ANN从含前景及电离层折射、吸收和热辐射效应的全天区平均数据中提取21厘米信号参数，基于tanh模型与ARES合成信号训练，精度达96%以上，真实物理模型集上为97%–98%。
2024-01-28 astro-ph.CO
A candidate field for deep imaging of the Epoch of Reionization observed with MWA
本研究利用MWA第二阶段数据对选定场进行深度成像，识别射电源并应用PCA去除前景，发现残差角功率谱仍高于理论预测的CD/EoR 21cm信号，表明需进一步改进数据归约技术。
2025-07-10 astro-ph.CO astro-ph.IM
Primordial Non-Gaussianity and Reionization
原始扰动的统计性质包含了关于这些波动起源的线索。虽然普朗克合作最近从宇宙微波背景测量中获得了对原始非高斯性的严格限制，但仍然值得挖掘即将到来的数据集，以努力设置独立或竞争性限制。在再电离时期，在红移z~6-20处形成的电离泡是由原初超密度产生的，因此，高红移处电离场的统计与原初场的统计有关。在这里，我们模拟再电离场的原始非高斯效应。的时代和持续时间的再电离的影响是电离气泡的大小，但这些变化是退化的电离源和周围星系际介质的属性的变化。一个更有希望的签名是电离场的空间波动的功率谱，这可能是即将到来的21厘米调查探测。这与大尺度下的1/k^2相关性是一致的，这是物质场的有偏示踪剂的特征。我们预测如何以及即将到来的21厘米观测将能够解开这个信号从前景污染。虽然前景清洗不可避免地消除了大规模的模式，最受影响的原始非高斯，我们发现，原始非高斯可以从前景污染的长度尺度范围很窄。在原则上，未来的红移21厘米的调查可能会允许与普朗克竞争的限制。
2013-04-30 astro-ph.CO
Measurements of one-point statistics in 21 cm intensity maps via foreground avoidance strategy
测量的一点概率分布函数和高阶矩（方差，偏度和峰度）的高红移21厘米波动的非高斯性质的结构形成和再电离过程中的演变是最直接的统计探针。然而，来自天体物理前景和仪器系统学的污染对在实际观测中测量这些统计数据构成了重大挑战。在这项工作中，我们使用前向建模调查的可行性测量21厘米一点统计通过前景避免策略。利用k空间中前景的特征楔形形状，我们应用楔形切割滤波器，该滤波器基于氢时代再电离阵列（HERA）仪器从模拟数据集中去除前景污染模式，并从剩余非污染模式的图像空间表示中测量一点统计。我们在不同的频率带宽上进行不同程度的楔形切割实验，发现频带的中心最不容易受到楔形切割的影响。基于这一发现，我们介绍了一种滚动滤波器的方法，允许重建一个最佳的楔形切割21厘米强度图在全带宽使用输出楔形切割在多个子带。我们进行蒙特卡罗模拟表明，HERA应该能够测量的倾斜度和峰度的上升与滚动楔形切割方法，如果从傅立叶变换窗口函数的前景泄漏可以控制的再电离结束附近。
2022-09-29 astro-ph.CO
Recovering the Wedge Modes Lost to 21-cm Foregrounds
本文提出一种机器学习方法，利用21厘米EoR信号的非高斯协方差关联，从楔形滤波图像中恢复电离区域的空间信息，并在HERA和SKA等仪器条件下验证其可行性。
2024-02-26 astro-ph.CO astro-ph.IM
What Next-Generation 21 cm Power Spectrum Measurements Can Teach Us About the Epoch of Reionization
目前正在进行一些实验，以测量再电离时期的21厘米信号。无论这些实验是否能探测到宇宙辐射，它们有限的灵敏度都将阻止它们提供有关再电离天体物理学的详细信息。在这项工作中，我们考虑什么类型的测量将使下一代更大的21厘米EoR望远镜。为了计算这种阵列可能的约束类型，我们使用简单的模型的仪器，前景发射，和再电离的历史。我们主要集中在一个仪器建模后的$\sim 0.1~\rm{km}^2$收集区氢时代的再电离阵列（HERA）的概念设计，并参数化的不确定性，前景排放考虑不同的限制，最近描述的“楔形”足迹在k空间。再电离的历史中的unevenness占使用一系列的模拟，不同的电离效率和负责再电离的星系的最低维里温度，以及电离光子通过IGM的平均自由程。鉴于各种组合的模型，我们认为可能的功率谱检测的意义，跟踪功率谱的演变与红移的能力，显着的功率谱特征的可检测性，以及对天体物理参数的定量约束的可实现水平。最终，我们发现，收集区域的$0.1~\rm{km}^2$足以确保即使在最悲观的情况下，再电离功率谱的非常高的显著性（$\gtrsim30σ$）检测。这种灵敏度应允许有意义的约束的再电离的历史和天体物理参数，特别是如果前景减法技术可以改进和成功实施。
2014-09-16 astro-ph.CO
Calibration of the EDGES High-Band Receiver to Observe the Global 21-cm Signature from the Epoch of Reionization
EDGES高波段实验的目的是在红移范围$14.8 \gtrsim z \gtrsim 6.5$内探测来自再电离时期（EoR）的$21$ -cm信号的天空平均亮度温度。为了探测这种红移信号，EDGES高波段在西澳大利亚Murchison射电天文台的频率范围$90-190$ MHz内进行单天线测量。在本文中，我们描述了目前的战略，用于校准的EDGES高波段接收机和报告校准结果的仪器中使用的$2015-2016$观测活动。我们传播的接收机校准测量的天线温度使用蒙特卡罗方法的不确定性。我们定义了一个性能目标的$1$ ~mK残差RMS建模前景减法从基准温度谱使用五项多项式。在$95\%$置信度下，大多数校准不确定度产生$1$ ~mK或更小的残差。然而，天线和接收器反射系数中的当前不确定性可导致甚至在低前景天空区域中高达$20$ mK的残差。可以通过以下方式来减少这些主要残差：1）提高反射测量的精度，特别是它们的相位; 2）提高天线-接收器界面处的阻抗匹配;以及3）减少天线反射相位随频率的变化。
2016-12-10 astro-ph.CO astro-ph.IM
Detecting Cosmic Reionization using Bi-Spectrum Phase
利用$z\gtrsim 6$星系际介质的21厘米谱线探测中性氢（H_i，{ PDMATHABMM_i}），是研究宇宙再电离（宇宙的一个主要相变）的最有希望的探测方法之一。然而，这些研究面临着来自宇宙物体的明亮前景发射的严峻挑战。目前的技术需要精确的仪器校准以将弱的H 1，{ \sc 1}线信号与前景连续发射分离。我们建议通过使用干涉双谱相位的测量来减轻这种校准要求。双谱相位不受基于天线的方向无关校准误差的影响，因此对于紧凑阵列，它仅取决于天空亮度分布（受通常的热噪声影响）。我们表明，前景同步辐射连续谱的双谱相位具有相对于宇宙学线信号的特征平滑谱。利用傅立叶技术利用这种光谱差异可以有效地分离这两者，同时消除了现有方法固有的对仪器和电离层引入的相位进行精确的基于天线的校准的需要。使用基准模型的连续前景，和宇宙学H\，{ \sc i}信号，我们表明后者应该是可检测的双谱相位谱，在$|k_\parallel| \gtrsim 0.5\,h$ ~Mpc $^{-1}$，使用现有的仪器具有合理的意义。我们的方法也将有利于其他H\，{ \sc i}强度映射实验，面临类似的挑战，如那些测量重子声学振荡（BAO）。
2018-05-02 astro-ph.CO
Spectral Redundancy for Calibrating Interferometers and Suppressing the Foreground Wedge in 21cm Cosmology
针对21cm宇宙学观测中前景分离与高精度校准难题，提出新型nucal谱冗余校准方法，无需天空或波束模型，可有效抑制楔形区域前景且信号损失小，适用于新一代21cm强度映射实验。
2024-06-21 astro-ph.CO astro-ph.IM
Influence of sources with a spectral peak in the detection of Cosmic Dawn and Epoch of Reionization
该研究针对具有谱峰的射电源可能破坏低频光谱平滑性、影响宇宙黎明与再电离时期信号探测的问题，通过交叉匹配星表识别出4423个谱峰源，经模拟验证其对信号提取的影响可忽略。
2024-01-31 astro-ph.CO
