Data driven foreground clustering approach to component separation in multifrequency CMB experiments: A new Planck CMB map
我们提出了一种新的方法，在多频CMB实验中的组件分离，制定的问题，划分成像素集群的天空，使每个像素集群内的前景有类似的频谱，只使用数据中的信息。只有光谱信息用于分区，允许空间上远离的像素属于同一个集群，如果它们的前景属性是接近的。然后，我们将修改后的内部线性组合方法应用到每个像素簇。由于前景在每个聚类内具有相似的频谱，因此与所有数据一起使用相比，描述前景所需的分量的数量较小，并且基于简单像素的ILC算法工作得非常好。我们测试我们的算法在普朗克合作提供的全焦平面模拟。我们将我们的算法应用于普朗克完整的任务数据，并将我们的CMB地图与普朗克合作发布的CMB地图进行比较。我们表明，我们的CMB地图是干净的，公正的天空中的一个较大的部分，特别是在低银河系纬度，公开可用的地图相比，普朗克合作发布。这对于超越最简单的$Λ$ CDM宇宙学模型的约束和异常的研究是重要的。我们清理的CMB地图公开提供给宇宙学社区使用。
2019-03-15 astro-ph.CO
CMB component separation in the pixel domain
我们表明，流行的ILC方法是不稳定的，在划分的样本的地图像素的一组``不稳定的''子样本。对于这样的子样本的适当选择，我们可以获得恢复的CMB信号的幅度范围从零到所观察到的信号的幅度。我们提出的方法，使我们能够获得合理的估计$C_\ell$在$\ell\leq 30$和类似的WMAP $C_\ell$较大的$\ell$。通过这种方法，我们减少了WMAP结果的一些异常。特别是，我们对四极的估计与理论上的一致性很好，“邪恶轴”的影响被抑制，南北银河半球的对称性增加。这一结果可能会改变对四极极化和宇宙再电离红移的估计。我们还提出了新的简单的方法，可以提高高$\ell$功率谱的WMAP估计。
2010-08-24 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
CMB E/B decomposition of incomplete sky: a pixel space approach
CMB偏振信号可以被分解为类梯度（E）和类卷曲（B）模式。我们研究了像素空间中的E/B分解。我们发现，由于不完整的天空的E/B混合是局部的像素空间，并在远离掩蔽区的区域可以忽略不计。通过估计期望的局部泄漏功率，我们已经诊断出模糊像素。我们的模糊像素的标准（即r_c）与B模式功率谱的张量与标量比相关联，泄漏功率与之相当。通过将r_c设置为较低值，我们可以降低泄漏水平，但同时降低天空分数。因此，我们已经求解了\partial ΔC_1/ \partial r_c=0，并且获得了最优r_c，其在给定前景掩模和噪声水平的情况下使估计不确定性最小化。我们已经将我们的方法应用于由前景（漫反射+点源）掩模阻挡的模拟地图。我们的模拟表明，泄漏功率小于在宽多极范围（50 \lesssim 1 \lesssim 2000）的张量标量比r \sim 10^{-3}的原始（即，未透镜化）B模式功率谱，同时允许我们保持天空分数~ 0.48。
2011-07-21 astro-ph.CO
Characterizing line-of-sight variability of polarized dust emission with future CMB experiments
在宇宙微波背景（CMB）分析中，通常通过在每个像素中拟合一个简单的双参数修正黑体（MBB）模型来解释星系尘埃辐射，该模型名义上解释了尘埃的温度和不透明度。虽然这可能是一个很好的近似个别尘埃云，通常有一些这样的云被发现沿每条视线和每个角像素内，导致其光谱的叠加。在本文中，我们研究了这种叠加对基于像素的前景拟合策略的影响，通过将每个像素中的光谱能量分布（SED）建模为尘埃云特性的各种物理统计分布上的单个MBB光谱的积分。我们发现，拟合这些SED与简单的两参数MBB模型一般会导致在每个像素的CMB斯托克斯Q和U振幅的无偏估计，除非有显着的变化，在这两个灰尘SED和偏振角沿视线，在这种情况下，显着（$ > 10σ$）的偏差观察说明性模型。我们还发现，尘埃温度，$T_d$，光谱指数，$β_d$的最佳拟合值，显着偏离相应的统计分布的平均值/中位数时，分布是广泛的，这表明MBB模型拟合可以给出一个不具有代表性的图片的尘埃在微波波长的物理特性，如果不仔细解释。使用Fisher矩阵分析，我们还确定了实验灵敏度所需的恢复参数的$T_d$和$β_d$分布本身通过拟合的概率MBB模型，发现只有宽分布的参数可以通过SED拟合在一个单一的视线。
2022-07-28 astro-ph.CO
MAPPRAISER: A massively parallel map-making framework for multi-kilo pixel CMB experiments
即将到来的宇宙微波背景（CMB）极化各向异性实验有可能彻底改变我们对宇宙和基础物理的理解。然而，这些实验将收集大量数据集，这些数据集将被有效地处理，由于天体物理、环境和仪器效应而产生的不必要的贡献将被表征和有效地减轻，以揭示这些特征。这对数据分析方法、技术和软件工具提出了重大挑战，这些方法、技术和软件工具不仅要能够处理大量数据，而且要以前所未有的精度来处理这些数据，这是由新实验提出的苛刻科学目标所驱动的。有效的CMB数据分析的关键是求解非常大的线性方程组。这样的系统出现在CMB数据分析流水线中的非常不同的上下文中，然而它们通常显示类似的代数结构，因此可以使用类似的数值技术来求解。线性方程组是地图绘制问题中最突出和最常见的一类。在这项工作中，我们提出了一个大规模并行，灵活和可扩展的框架，包括一个数值库，MIDAPACK，和一个高级别的代码，MAPPRAISER，它提供了有效地解决这些系统的工具。该框架实现了基于共轭梯度技术的迭代求解器：使用不同的预处理器进行放大和预处理。我们展示了模拟示例的框架，反映了地面和卫星仪器发出的即将到来的数据集的基本特征，在多达16，384个计算核心上执行。该软件是作为一个开源项目开发的，可在https://github.com/B3Dcmb/midapack上免费提供给社区。
2022-05-10 astro-ph.CO
Methods for pixel domain correction of EB leakage
在宇宙微波背景极化观测中，“$EB$ ~泄漏”是指当部分天空不可用或被排除时，由$E$模式信号泄漏而产生的人造$B$模式信号。这种泄漏的校正是通过CMB $B$模式信号探测原始引力波的先决条件之一。在这项工作中，我们设计了两个独立的方法来纠正的$EB$泄漏直接在像素域中使用的$E$和$B$模式的标准定义。这两种方法给出了一致的结果，都是快速和易于实现。在含有零初始$B$模的CMB模拟上的测试显示出对$EB$泄漏的有效抑制。当与MASTER方法相结合，以重建全天空$B$模式的频谱在模拟与一个相对简单的掩模，从EB泄漏的误差被进一步抑制超过一个数量级的重组凸点，并高达三个数量级在更高的多极，相比，在相同的条件下，一个“纯”MASTER计划。同时，虽然最终的功率谱估计受益于切趾，但是像素域校正本身在没有切趾的情况下完成，并且因此该方法在基于特定要求选择切趾方面提供了更大的自由度。
2019-07-19 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
Fast Pixel Space Convolution for CMB Surveys with Asymmetric Beams and Complex Scan Strategies: FEBeCoP
精确测量宇宙微波背景（CMB）温度和偏振各向异性的角功率谱可以严格约束许多宇宙学模型和参数。然而，只有在考虑到所有主要系统效应的情况下，才能在实践中实现准确的测量。束流的不对称性，加上扫描策略，是一个主要的来源，系统误差在扫描CMB实验，如普朗克，我们目前感兴趣的焦点。我们设想蒙特卡罗方法，严格研究和占系统的影响梁在CMB分析。为了实现这一目标，我们已经开发了一种快速的像素空间卷积方法，可以模拟由扫描仪器观察到的天空地图，考虑到真实的光束形状和扫描策略。其实质是使用我们为普朗克任务开发的计算机代码“像素空间快速有效光束卷积”（FEBeCoP）来预先计算“有效光束”。该代码计算有效波束给出了普朗克仪器的焦平面波束特性和实际卫星指向的完整历史，并使用有效波束对天空信号进行非常快速的卷积。在本文中，我们描述的算法和计算方案，已实施。我们还概述了有效束在普朗克数据精确分析、表征宇宙微波背景各向异性以及检测和测量点源特性中的一些应用。
2010-12-22 astro-ph.CO gr-qc
Nearly Full-Sky Low-Multipole Cosmic Microwave Temperature Anisotropy: I. Foreground Cleaned Maps
The William H. Miller III Department of Physics and Astronomy, Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学物理与天文学系）
利用多频模板图组合，仅掩蔽1%像素，生成近全天CMB温度图，推荐用于低多极（ℓ<30）研究。
2026-07-02 astro-ph.CO
Cosmic string induced CMB maps
我们使用高分辨率模拟宇宙弦在弗里德曼-罗伯逊-沃克宇宙中的CMB温度波动计算宇宙弦种子的地图。我们创建了全天空，18度和3度CMB地图，包括从重组之前到今天的每个分辨率的相关字符串贡献。我们从这些地图中提取的角功率谱，证明重组效应的重要性。我们简要讨论了像素温度的概率密度函数，它们的偏度和峰度。
2011-02-18 astro-ph.CO
Filling in CMB map missing data using constrained Gaussian realizations
为了分析宇宙微波背景的天空图，有必要遮蔽银河赤道周围的区域，那里的寄生前景发射是最强的，以及最明亮的紧凑源。由于许多数据的分析，特别是那些寻找原始起源的非高斯性的分析，是最直接地在全天空地图上进行的，因此开发有效的算法以合理的方式填充缺失的信息是非常有趣的。我们探索实用的算法填充约束高斯实现的基础上。虽然实现这样的实现原则上是简单的，但对于普朗克分析所需的精细像素化地图，直接的蛮力方法在数值上是不容易处理的。我们提出了一些具体的解决方案，这个问题，无论是在一个空间平坦的天空周期性的边界条件和像素化的领域。一种方法是用适当预处理的共轭梯度法求解线性方程组。虽然这种方法在具有周期性边界条件的矩形域上成功实现，并且即使对于非常宽的掩蔽区域也有效，但我们发现该方法在像素化球体上失败，原因我们在这里解释。我们提出了一种方法，适用于全天空像素化的地图上的球体涉及一个基于内核的多分辨率拉普拉斯求解器，其次是一系列的共轭梯度校正附近的边界的面具。
2011-09-10 astro-ph.CO
Testing CMB polarization data using position angles
我们考虑一种新的零测试污染，它可以应用于CMB偏振数据，涉及分析的偏振位置角的统计。具体来说，我们将集中使用测量的位置角的直方图来说明这个想法。这样的测试已被用来确定系统的NVSS点源目录的振幅远低于噪音水平。我们探讨了CMB映射中偏振角的统计特性。如果偏振角在像素之间不相关，则误差遵循简单的$\sqrt{N_{pix}}$定律。然而，对于CMB图，情况通常不是这样，因为这些具有相关性，这导致方差的增加，因为独立像素的有效数量减少。然后，我们说明了如何某些类别的系统误差可以导致在这些直方图中非常明显的模式，因此，这些错误可能会被识别使用这种方法。我们讨论了如何将这一想法应用于现实环境中，并对WMAP 7数据进行了初步分析，发现Q和W波段数据中存在系统误差的证据，与Q和U中的恒定偏移一致。
2014-08-17 astro-ph.CO
Ellipticity of Structures in CMB Sky Maps
我们研究了宇宙微波背景（CMB）的天空图中轮廓线的椭圆率以及其他伸长的测量。延伸的灵敏度上的分辨率的CMB地图，这取决于像素化和光束轮廓的检测器，进行了研究。它表明，目前的实验精度不允许区分不同的曲率由三角洲欧米茄_tot=0.05的宇宙模型。对于CMB的统计特性为二维高斯随机场的情形，给出了解析表达式。
2010-07-16 astro-ph.CO
Cleaning Galactic foregrounds with spatially varying spectral dependence from CMB observations with \texttt{fgbuster}
本研究在下一代 CMB 偏振实验背景下，利用 \ exttt{fgbuster} 探讨了在不同像素子集中拟合银河系前景光谱参数的影响，表明允许光谱参数空间变化对于在控制前景残差的同时实现高信噪比至关重要。
2025-10-13 astro-ph.CO
An Improved Diffuse Foreground Subtraction by ILC method: CMB Map and Angular Power Spectrum using Planck and WMAP Observations
本文提出了一种改进的谐波空间多相位迭代内线性组合方法，用于从宇宙微波背景（CMB）图中最小化扩散前景。新程序包括两个阶段。在阶段1中，通过在天空的期望部分上的单次迭代中在谐波空间中执行通常的ILC操作来获得漫射前景清洁图。在阶段2中，我们也在谐波空间中使用迭代ILC方法获得最终前景清洁图，然而，现在，在前景最小化的每次迭代期间，在当前迭代中未被清洁的天空的一些区域被阶段1清洁图的对应清洁部分替换。新的ILC方法消除了在旧的和通常的谐波空间迭代ILC方法中不可避免地存在的前景泄漏信号。新的方法是灵活的，以处理输入频率图，无论他们是否最初具有相同的仪器和像素分辨率，通过使他们在分析开始时，一个共同的和最大可能的光束和像素分辨率。这大大减少了数据冗余，从而减少了内存使用和计算成本。在ILC权重计算期间，它避免了通过波束和像素窗口函数对部分天空球谐系数进行去卷积的任何需要，在严格的数学意义上，这对于方位角对称窗口函数来说是没有明确定义的。使用WMAP 9年和Planck-2015公布的频率图，我们获得了一对前景清洁CMB图和CMB角功率谱。我们的功率谱与Planck-2015结果吻合良好，但存在一些差异。最后，我们表明，ILC前景最小化的权重有一个内在的特点，它往往会产生一个统计各向同性的CMB地图以及。
2016-12-11 astro-ph.CO
How to make a clean separation between CMB E and B modes with proper foreground masking
本文研究了有遮蔽天空中CMB偏振的E/B分解。在实空间中，E和B模式分解的算子仅涉及CMB偏振的微分。因此，原则上，我们可以从不完整的天空数据中进行干净的E/B分解。由于对观测数据应用二阶导数是不切实际的，我们通常依靠球谐变换和逆变换，而不是使用实空间算子。在球谐表象中，除非球谐展开到无限高的多极子，否则切空中的跳跃间断会产生吉布斯现象。通过平滑前景掩模，我们可以以与在其他作品中讨论的前景掩模的切趾类似的方式有效地抑制吉布斯现象。然而，我们通过平滑前景掩模而招致前景污染，因为原始掩模中的零值像素可能通过平滑过程而呈现为非零。在这项工作中，我们研究了一个最佳的前景掩模，它确保适当的前景掩蔽和抑制吉布斯现象。我们将我们的方法应用到模拟地图的像素分辨率相媲美的普朗克卫星。模拟结果表明，泄漏功率低于张量标量比$r\sim 1\times10^{-7}$的无透镜CMB B模功率谱。我们将结果与原始掩模的结果进行了比较。我们发现，泄漏功率减少了$10^{6} \sim 10^{9}$的一个因素，在成本的天空分数$0.07$，并在最低的多极增强是最高的。我们确认原始掩码中的所有零值像素在我们的掩码中保持为零。将这种方法应用于普朗克数据，将提高原始张量扰动的可探测性。
2013-12-07 astro-ph.CO
Introducing a multiscale feature integration network for inpainting with applications to enhanced CMB map reconstruction
本文提出SkyReconNet，一种结合扩张与标准卷积的多尺度特征融合网络，用于修复全天CMB图中的不规则掩模区域，通过SSIM和MSE联合损失优化，实现接近宇宙方差极限的高精度重建，并适用于其他图像修复任务。
2025-05-22 astro-ph.CO
Primordial Gravitational Wave Detectability with Deep Small-Sky CMB Experiments
我们使用贝叶斯估计直接T-Q-U CMB偏振图预测张量-标量功率比r的误差，因此对原始引力波，作为天空覆盖fsky的函数。该方法将二次像素-像素空间过滤成用于切割天空的r检测所需的最佳组合，在第一步线性分离成E、B和混合模式的组合中提供增强的信息，并且忽略后者。以目前的计算能力和适合r检测的典型分辨率，所需的大型矩阵求逆是准确和快速的。我们探索了两类实验。一个是出于一个长时间的气球实验，如蜘蛛，像素噪声\propto \sqrt{fsky}为指定的观察期，但也适用于地面阵列实验。我们发现，忽略系统效应和前景，在fsky ~0.02-0.2范围内使用蜘蛛状噪声的实验可以设置2 σ_r ~0.014（~ 95%CL）界限，随着L依赖的前景残差上升到0.02。当fsky变化时，我们将其与普朗克式固定仪器噪声进行对比，这给出了银河系掩蔽（fsky = 0.75）2sigma_r ~0.015，随着前景残差上升到~0.05。对于品质因数，（边缘化）相对于第一个2003年WMAP 1仅限CMB的约束，r的1D香农熵为-1.7 2010 WMAP 7 +ACT的（-1.9）位（2011年WMAP 7 +SPT）数据，来自Spider的-6位预测（加上普朗克），对于后普朗克卫星高达-11位，对于完美的宇宙方差有限实验为-13位。因此，我们证实了目前的战略的智慧r探测深探测补丁覆盖fsky最小误差槽…
2011-08-09 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
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
The CMB Derivatives of Planck's Beam Asymmetry
我们研究了宇宙微波背景普朗克图中由于束流不对称性和不均匀扫描策略的耦合而产生的各向异性。引入基于温度梯度的像素空间估计器，我们发现这些点沿着黄道纬度的高度显著（~20 σ）偏好。我们研究了这种各向异性的尺度依赖性，形态学和前景敏感性，以及详细的普朗克模拟再现效果的能力，这是至关重要的去除，因为我们证明在寻找宇宙缺陷的弱透镜签名。
2014-07-16 astro-ph.CO
Point Source Detection and False Discovery Rate Control on CMB Maps
我们讨论了一个新的程序来寻找点源在宇宙微波背景地图，特别是，我们的目标是控制所谓的假发现率，这是定义为假发现的期望值之间的像素被标记为污染的点源。我们利用一种称为STEM的过程，该过程基于以下四个步骤：1）对观察到的CMB图进行针状滤波，以提高信噪比; 2）选择候选峰，即，滤波图的局部最大值; 3）计算局部最大值的\emph{p-}值; 4）通过所谓的Benjamini-Hochberg方法实现多重检验过程。我们的程序也适用于最新发布的普朗克CMB地图。
2019-02-18 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
Methods for CMB map analysis
本指南为CMB图分析领域新研究者提供常见流程（如掩膜、降分辨率等）的最佳实践，探讨其对功率谱的影响，说明正确执行方式及错误操作的后果。
2024-11-28 astro-ph.CO
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
Testing for spectral index variations in polarised CMB foregrounds
提出了一种偏振微波天图的贝叶斯参数分量分离方法。我们共同解决的主要宇宙微波背景（CMB）信号和主要的银河极化前景组件。对于后者，我们考虑电子-同步辐射和热尘埃发射，建模的频率分别为幂律和修改黑体。我们占像素间的相关性的噪声协方差矩阵的输入地图，并引入空间相关长度的光谱指数β的先验矩阵。我们将我们的方法应用于低分辨率极化普朗克2018低频和高频仪器（LFI/HFI）数据，包括HFI数据的SRoll 2再处理。我们发现的同步辐射光谱指数的空间变化的证据，并没有证据的尘埃去极化。使用HFI SRoll 2地图，并在光谱指数上应用广泛的先验，我们发现在未掩蔽的天空中的平均偏振同步光谱指数为β-sync = -2.833 +-0.620。对于偏振尘埃发射，我们得到β-尘埃= 1.429 +-0.236。我们的方法返回天空模型的所有组件的相关不确定性。使用我们恢复的CMB地图和相关的不确定性，我们约束的光学深度再电离，τ，使用交叉光谱为基础的似然近似方案（矩）是τ = 0.0598 +- 0.0059。我们使用基于像素的可能性（Pixlike）来确认我们的发现。在这两种情况下，我们得到的结果是一致的，虽然一个西格玛的分数高于，通过减去空间均匀的前景模板。虽然后一种方法对于来自普朗克的当前偏振数据是足够的，但下一代星载CMB实验将需要更强大的方案，例如本文所介绍的方案。
2022-05-27 astro-ph.CO
Blind correction of the EB-leakage in the pixel domain
我们研究了与不完全极化CMB天空相关的EB泄漏问题。在盲的情况下，假设没有额外的信息的统计特性和振幅的信号从失踪的天空区域，我们证明了回收方法（刘等~ 2018）给出了EB泄漏的唯一最佳估计。与先前的方法相比，该方法在最感兴趣的多极域中将由于EB泄漏而导致的BB功率谱中的不确定性降低了一个数量级以上，其中$\ell$在$80$和$200$之间。这一工作也为未来CMB实验的观测设计提供了有益的指导。
2019-04-26 astro-ph.CO astro-ph.IM
Efficient decomposition of cosmic microwave background polarization maps into pure E, pure B, and ambiguous components
从大得多的E分量中分离出宇宙微波背景（CMB）偏振图的B分量是CMB偏振测量的一个重要步骤。对于天空覆盖不完整的地图，这种分离必然会受到E或B模式的“模糊”模式的阻碍。我提出了一个有效的像素空间算法，以消除模糊模式和分离成“纯”E和B组件的地图。该方法适用于任意几何形状，不涉及生成这种模式的完整基础，并缩放地图边界上像素数量的立方体。
2011-03-15 astro-ph.CO
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
Hot and cold spots counts as probes of non-Gaussianity in the CMB
我们引入CMB温度各向异性图的漂移集的热点和冷点的数量，$n_h$和$n_c$，作为可以区分不同非高斯模型的统计观测量。我们数值计算它们从非高斯CMB温度波动图的模拟。我们研究的第一类非高斯模型是局部型原始非高斯模型。第二类模型具有某种特定形式的概率分布函数，从中提取每个像素处的温度波动值，使用HEALPIX获得。我们发现$n_h$和$n_c$的特征非高斯偏差形状，这是不同的每一个模型考虑。我们进一步证明，$n_h$和$n_c$携带额外的信息相比，属，这只是他们的线性组合，使他们有价值的补充Minkowski泛函约束非高斯。
2012-06-03 astro-ph.CO
Removal of point source leakage from time-order data filtering
在制图之前，通常对来自地面CMB实验的时序数据（TOD）进行滤波，以去除或减少来自地面的污染和大气排放。然而，当观测区域包含强点源时，滤波过程将导致测量的CMB图中的点源周围的相当大的泄漏，并留下虚假的偏振信号。因此，在CMB科学开发之前，需要评估和消除这些信号。本文提出了一种新的“模板拟合”方法，可以有效地在像素域去除这些泄漏信号，既满足了从CMB- $B$模测量原初引力波的要求，又避免了对TOD进行耗时的运算。
2022-11-25 astro-ph.CO
Large-Scale Polarized Foreground Component Separation for Planck
我们使用贝叶斯分量估计方法来研究大规模极化地图和宇宙学参数估计的前景与模拟普朗克数据假设简化的白噪声属性。天空信号被参数化为CMB、同步辐射和热尘埃辐射的总和。同步加速器和灰尘组件建模为幂律，与空间变化的光谱指数同步加速器和灰尘的统一指数。使用吉布斯抽样技术，我们估计的线性偏振Q和U后振幅的CMB，同步加速器和灰尘的地图，以及两个光谱指数在~4度像素。我们使用恢复的CMB地图及其协方差在一个精确的像素似然算法估计的光学深度再电离τ，张量标量比r，并构建EE和BB光谱的条件似然切片。给定我们的前景模型，对于tau=0.1，我们发现sigma（tau）~0.004，对于r=0.1的模型，sigma（r）~0.03，对于r=0.0，95%的上限r<0.02。
2011-03-13 astro-ph.CO
Component separation in CMB observations
在这些程序中，我们讨论了提取，在WMAP 5年的数据，一个干净的CMB地图，前景发射（占主导地位的发射的星际介质的我们的星系），和微小的信号从Sunyaev Zel'dovich效应的方向已知的星系团。内部线性组合方法的实施本地在像素和谐波空间，使用分解的WMAP地图到一个框架的球形针状，允许提取一个完整的天空CMB地图，具有良好的精度，即使在接近银河平面的区域。从WMAP原始观测值中适当减去这一估计的CMB，为我们提供了无CMB的前景图，它可用于分析银河系星际介质的发射，并用于检测和测量致密源的发射。最后，虽然Sunyaev-Zel'dovich无法检测到个别集群在WMAP数据，由于缺乏空间分辨率和灵敏度，堆叠分析的试探性检测对一些已知的ROSAT集群允许检测SZ效应在WMAP数据和测量如何SZ通量规模与集群质量和X射线光度。
2010-06-28 astro-ph.CO
Non-Gaussianity in WMAP 5-year CMB map seen through Needlets
我们假设宇宙微波背景辐射是高斯型的，这一假设与最近非常精确的测量结果是一致的。尽管如此，标准暴胀情景预测了少量的非高斯性，而更奇特的模型则表明了更高程度的非高斯性。严格限制CMB数据中的高斯性水平代表了理解物理学和宇宙起源的基本方法。通过针状物，一种新的再现小波，其特征在于在谐波和像素域的本地化的优良性能，我们能够检测到异常点在南半球负责大约50%的功率不对称，我们测量的CMB功率谱，并进行详细的分析针状物双谱。然后，我们将原始非高斯参数$f{\rm NL}=21\pm40$限制在68% c.f.，并发现双谱中的高度不对称性，特别是在等腰配置中。
2009-10-05 astro-ph.CO
Forecasting the performance of the Minimally Informed foreground cleaning method for CMB polarization observations
本文为CMB偏振观测中的最小信息前景清理方法建立了半解析性能预测框架，并通过与直接采样和MICMAC对比验证其有效性，同时证明了数据驱动偏差校正程序的稳健性。
2025-07-07 astro-ph.CO
Motion induced second order temperature and y-type anisotropies after the subtraction of linear dipole in the CMB maps
宇宙微波背景的y型光谱畸变使我们能够探测星系团和星系群、热气丝和温暖炽热的星系际介质中的不均匀性。几个CMB实验（小面积的天空）和理论组（全天空）最近发表了y型失真图。我们建议在这样的y型图中寻找两个人造热点，这两个热点是由于不完全减去运动诱导偶极子对宇宙微波背景天空的影响而产生的。该偶极子在二阶引入了振幅为几μK的附加温度和y畸变各向异性，这可以通过普朗克HFI和Pixie实验来测量，并且可以用作CMB实验的交叉通道校准源。这种y型失真存在于每个像素中，并且不是平均整个天空的结果。如果需要，可以从最终的y型图中减去根据已知线性偶极子精确计算的这种失真。
2013-02-26 astro-ph.CO
The impact of beam deconvolution on noise properties in CMB measurements: Application to Planck LFI
本文分析了束流反卷积对CMB测量中噪声特性的影响。该分析是围绕artDeco光束反卷积器代码构建的。我们推导出一个低分辨率的噪声协方差矩阵，它描述了反卷积产品中的残余噪声，在谐波和像素空间。该矩阵模型的剩余相关噪声，仍然在时间顺序的数据后，条带，和反卷积的效果。为了验证结果，我们产生的噪声模拟，模仿数据从普朗克LFI仪器。在多极范围$\ell=0-50$中对全70 GHz协方差进行$χ^2$检验，得到平均降低的$χ^2$为1.0037。我们比较了两个行人的选择，充分和独立的行人，去卷积可用数据的子集时。完全去噪留下的残留噪声基本上更少，但留下了相互关联的数据集。我们还推导了一个白噪声协方差矩阵，提供了一个近似的全噪声在高多极子，并通过模拟研究的高分辨率噪声在像素空间的属性。
2016-02-08 astro-ph.CO astro-ph.IM
Comment on cluster analysis of radio loops in CMB data
最近的一篇文章（Liu et al. 2014）在WMAP内部线性组合图（ILC）中寻找来自星系射电环路（称为Loop I）的未建模发射的证据。统计学上最强的结果来自聚类分析，该聚类分析测试环路I处的$20^\circ$瓣环内的“热点”是否优先位于瓣环中心线附近。根据该聚类分析，当考虑四个最高分组（75-87 $μ$ K）时，作者报告了0.018%的$p$值。我表明，报告的统计学意义被高估了。首先，该分析没有正确地选择模拟天空实现中的热点;其次，它对所使用的地图像素化敏感，特别是，所使用的像素大小与相关聚类距离相似。我已经运行了10，000个模拟的天空实现，以重现Liu等人的分析，并计算不正确的热点选择和像素化的影响。考虑到这两种效应，我发现在最高箱检验和四箱检验中，校正后的$p$值均为$\sim1\%$。最后，我注意到，即使假设循环I对ILC图贡献了显著的力量，观察到的聚类仍然是非常不可能的。因此，与统计各向同性不一致的结果不能自动成为检测到Loop I的有力证据。我建议进行额外的测试，以澄清聚类分析支持在CMB地图中检测到Loop I的程度。
2014-09-25 astro-ph.CO astro-ph.GA
PUREPath: A Deep Latent Variational Model for Estimating CMB Posterior over Large Angular Scales of the Sky
PUREPath提出了一种结合贝叶斯统计与变分方法的嵌套概率多模态U-Net架构，用于估计CMB信号后验密度，有效降低前景污染，并提供逐像素的不确定性度量以提升宇宙学参数测量精度。
2024-06-28 astro-ph.CO
Full-sky Cosmic Microwave Background Foreground Cleaning Using Machine Learning
为了从毫米和亚毫米天空的观测中提取宇宙学信息，必须首先去除前景成分以产生对宇宙微波背景（CMB）的估计。我们开发了一种机器学习方法，用于毫米和亚毫米天空的全天空温度图。我们构建了一个贝叶斯球形卷积神经网络架构，以生成一个模型，该模型可以捕获前景的光谱和形态学方面。此外，该模型输出每像素的误差估计，其中包括统计和模型的不确定性。然后使用模拟训练该模型，该模拟结合了普朗克卫星发射时可用的这些前景组件的知识。在模拟的地图上，在用预测的标准误差$>50μ$ K掩蔽地图像素之后，在整个天空上用平均绝对差$<4μ$ K恢复CMB;角功率谱也被精确地恢复。一旦通过模拟验证，该模型被应用于普朗克温度观测，从70 GHz到857 GHz的通道，以产生一个前景清洁的CMB地图，在一个Healpix地图分辨率为NSIDE=512。此外，我们证明了该技术的实用性，以评估如何以及不同的模拟相匹配的意见，特别是在热尘埃的建模。
2020-11-06 astro-ph.CO
Removing beam asymmetry bias in precision CMB temperature and polarisation experiments
非对称光束可以在CMB实验的功率谱估计中产生显著的偏差。由于温度功率谱比B模式功率谱强许多数量级，因此必须小心地控制和/或消除将两者耦合的任何系统误差。在这里，我们推导出无偏估计的CMB温度和偏振功率谱考虑到一般的光束和一般的扫描策略。不对称光束的一个简单结果是，即使采用在每个方向上看到每个天空像素的理想扫描策略，如果光束不对称的方向与共偏振的方向不对准，则将存在从温度功率到B模式功率的残余耦合。我们测试我们的校正算法模拟两个温度只有实验，并证明它是无偏的。模拟实验使用逼真的扫描策略，噪声水平和高度不对称的光束。我们还开发了一个地图制作算法，能够消除光束不对称偏置在地图的水平。我们证明了它的实施使用模拟和表明，它是能够准确地校正温度和偏振图的所有影响的光束不对称性，包括温度的影响，偏振泄漏。
2015-03-16 astro-ph.CO
PUREPath-B: A Tessellated Bayesian Model for Recovering CMB B-modes over Large Angular Scales of the Sky
PUREPath-B是一种嵌套概率U-Net贝叶斯模型，通过变分推断和KL散度与加权MAE组合损失，有效去除前景污染，准确恢复CMB B模及宇宙学参数。
2025-03-26 astro-ph.CO
Estimation of Full Sky Power Spectrum between Intermediate to Large Angular Scales from Partial Sky CMB Anisotropies using Artificial Neural Network
从观测到的宇宙微波背景（CMB）图中可靠地提取宇宙学信息可能需要从分析中去除强烈的前景污染区域。在这篇文章中，我们采用人工神经网络（ANN）来预测全天空的CMB角功率谱之间的中间到大的角度尺度从部分天空光谱从掩蔽CMB温度各向异性地图。我们使用一个简单的人工神经网络架构，其中一个隐藏层包含$895$神经元。使用$1.2 \times 10^{5}$训练样本的全天空和相应的部分天空CMB角功率谱在Healpix像素分辨率参数$N_{side} = 256$，我们表明，我们的人工神经网络预测的频谱符合目标频谱在每个实现的多极范围$2 \leq l \leq 512$。预测的光谱是统计无偏的，它们准确地保留了宇宙方差。从统计学上讲，平均预测光谱和基础理论光谱之间的差异在大约$3σ$范围内。此外，从预测的角功率谱得到的概率密度同意非常好，从“实际”全天空CMB角功率谱为每个多极。有趣的是，我们的工作表明，由于在部分天空上引入的模式-模式耦合，输入切割天空光谱中的显著相关性被有效地去除，因为ANN学习了部分天空和全天空光谱之间的隐藏模式，从而保留了整个统计特性。预测和地面实况之间的统计特性的极好的协议证明了在宇宙学分析中更广泛地使用人工智能系统的重要性。
2023-02-23 astro-ph.CO
SPTpol: an instrument for CMB polarization measurements with the South Pole Telescope
SPTpol是一个双频偏振敏感相机，于2012年1月部署在10米南极望远镜上。SPTpol将测量角标度上的宇宙微波背景（CMB）的偏振各向异性，角标度从角分到几度不等。SPTpol的偏振灵敏度将使得能够从通过大尺度结构对CMB的引力透镜的检测来检测CMB“B模式”偏振，以及对由于暴胀重力波引起的原始信号的检测或改进的上限。这两个测量可以用来限制中微子质量和暴胀的能量尺度之和。这些科学目标可以通过SPTpol相机的偏振灵敏度和系统学的仔细控制来实现。SPTpol相机由768个像素组成，每个像素包含两个耦合到正交偏振的过渡边缘传感器（TES）测辐射热计，总共1536个测辐射热计。像素对以90和150 GHz为中心的两个频带中的一个中的光敏感，在90 GHz处具有180个像素，在150 GHz处具有588个像素。SPTpol设计具有多个旨在控制极化系统的功能，包括：具有低交叉极化的单模喇叭天线，与不同大气信号匹配良好的测辐射热计对，基于SPT远旁瓣测量的改进的接地屏蔽设计，以及用于降低温度到极化泄漏的小波束。我们提出了一个概述的SPTpol仪器设计，项目状态和科学预测。
2012-10-17 astro-ph.CO astro-ph.IM
A new constraint on the $y$-distortion with FIRAS: robustness of component separation methods
本文重新分析COBE/FIRAS数据，比较频率单极与逐像素两种方法约束CMB的$y$-畸变，发现逐像素法可将约束提升3-5倍，为未来实验提供更优成分分离策略。
2025-08-06 astro-ph.CO
Bayesian delensing of CMB temperature and polarization
我们开发的第一个算法能够联合计算的最大{ \it后验}估计的宇宙微波背景（CMB）的温度和偏振场，引力势，它们被透镜，和宇宙学参数，如张量标量比，$r$。这是从这些量的联合后验概率函数采样的重要一步，假设CMB场和透镜势为高斯性，它包含所有可用的宇宙学信息，并将产生理论上的最佳约束。获得这样的最优约束对于下一代CMB调查（如CMB-S4）至关重要，其中$r$的限制可以通过目前使用的次优二次估计的几个因子来改进。这里描述的最大化过程取决于一个新开发的透镜算法，我们的术语\textsc{LenseFlow}，并通过求解一个系统的常微分方程透镜的地图。这种描述有概念上的优势，例如允许我们给出一个简单的非微扰证明，即透镜行列式在弱透镜区等于1。该算法本身即使在像素化的地图上也保持这种属性，这对于我们的目的至关重要，并且与我们测试过的其他透镜算法相比，这是\textsc{LenseFlow}所独有的。它还具有其他有用的性质，例如它可以以与前向操作相同的计算成本进行平凡反演（即去透镜），并且可以用于计算透镜伴随算子，雅可比算子和海森算子。我们测试和验证的最大化过程中，平坦的天空模拟覆盖高达600\，度$^2$与非均匀噪声和掩蔽。
2017-08-22 astro-ph.CO
ArtDeco: A beam deconvolution code for absolute CMB measurements
提出了一种用于宇宙微波背景（CMB）各向异性测量的束流反卷积方法。该代码将时间排序的数据以及相应的检测器指向和已知的波束形状作为输入，并产生所观察到的天空的谐波a_Tlm、a_Elm和a_Blm系数作为输出。从这些可以进一步构建温度和Q和U偏振图。该方法适用于宽天空覆盖范围的CMB绝对测量，并且与扫描策略无关。我们测试的代码与广泛的模拟，模仿普朗克30 GHz和70 GHz的通道的分辨率和数据量，但夸张的光束不对称性。我们将其应用到多极l=1700，并检查结果在像素空间和谐波空间。我们还测试的方法也存在白噪声。
2012-11-16 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
Bayesian component separation and CMB estimation for the 5-year WMAP temperature data
一个良好的测试和验证吉布斯采样代码，执行组件分离和CMB功率谱估计，被应用到{ \it WMAP} 5年的数据。使用一个简单的模型，包括CMB，噪声，单极子和偶极子，一个"每像素“的低频幂律（适合振幅和光谱指数），和一个热尘埃模板与固定的光谱指数，我们发现，低$\ell$（$\ell < 50$）CMB功率谱是在良好的协议与公布的{ \it WMAP}5的结果。在5年数据中，发现残留单极子和偶极子较小（$\lesssim 3 μ$ K）或可忽略不计。我们全面测试了对前景（如灰尘光谱指数，幂律光谱指数先验，模板）的假设，并发现CMB功率谱对这些选择不敏感。我们确认南北黄道半球之间的功率不对称，这似乎是强大的前景建模。低频频谱指数图表明，相对于在低频率（$\sim$ GHz）处发现的频谱，平均频谱（$β=-2.97\pm0.21$）更陡。
2009-03-25 astro-ph.CO astro-ph.GA
Large-scale power loss in ground-based CMB mapmaking
本文研究了地面CMB望远镜成图中的大尺度功率损失问题，发现亚像素误差和探测器增益校准失配会抑制长波长模式，并提出双线性指向矩阵等方法消除该偏差。
2024-08-29 astro-ph.CO astro-ph.IM
Cosmic Microwave Background Recovery: A Graph-Based Bayesian Convolutional Network Approach
Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology（加州理工学院喷气推进实验室）；Scientific Computing and Imaging Institute, University of Utah（犹他大学科学计算与影像研究所）
宇宙微波背景辐射（CMB）是了解宇宙起源和演化的重要信息来源。然而，对CMB的观测受到前景辐射的污染，模糊了CMB信号，降低了其约束宇宙学参数的效力。我们采用深度学习作为数据驱动的方法，从多频全天空地图中清除CMB。特别是，我们开发了一个基于图的贝叶斯卷积神经网络的基础上的U-Net架构，预测清洁CMB与像素的不确定性估计。我们展示了这种技术的潜力，现实的模拟数据的基础上，普朗克任务。我们表明，我们的模型准确地恢复清洁的CMB天空图和角功率谱，同时识别区域的不确定性。最后，我们讨论了当前的挑战和前进的道路部署我们的模型CMB恢复实际观察。
2023-02-24 astro-ph.CO astro-ph.IM cs.LG
From few to many maps: A fast map-level emulator for extreme augmentation of CMB systematics datasets
提出基于散射协方差的快速生成模型，仅需极少训练样本即可数个数量级地扩增CMB系统误差模拟数据集，有效重现关键统计量并降低协方差噪声，有望转变宇宙学模拟范式。
2025-06-23 astro-ph.CO astro-ph.IM physics.data-an
Sparse component separation for accurate CMB map estimation
宇宙微波背景辐射（CMB）是宇宙学家研究宇宙诞生的重要基础。不幸的是，大多数CMB实验，如COBE、WMAP或普朗克，都不能直接测量宇宙学信号; CMB与星系前景和点源混在一起。为了科学利用，测量CMB需要从多波长观测中提取几种不同的天体物理成分（CMB，Sunyaev-Zel'dovich星团，星系尘埃）。从数学上讲，从银河系前景中解开CMB地图的问题相当于一个分量或源分离问题。在CMB研究领域，已经应用了非常广泛的源分离方法，这些方法在对数据建模的方式和分离组分所依赖的标准方面彼此不同。两个主要的困难是i）仪器的光束在不同频率上变化，ii）大多数天体物理成分的发射规律在不同像素上变化。本文的目的是介绍一个非常准确的建模CMB数据，稀疏的基础上，占跨频率的光束变化以及空间变化的组件的光谱特性。基于这种新的稀疏建模的数据，一个基于稀疏性的成分分离方法创造了本地广义形态成分分析（L-GMCA）。用模拟的普朗克数据进行了大量的数值试验。这些实验显示了所提出的组分分离方法在估计具有非常低的前景污染的干净CMB图方面的高效率，这使得L-GMCA成为CMB研究的主要兴趣。
2012-06-08 astro-ph.CO astro-ph.IM stat.AP
