[論文レビュー] Simulations of the cosmic infrared and submillimeter background for future large surveys: I. Presentation and first application to Herschel/SPIRE and Planck/HFI

N. Fernández-Conde, G. Lagache+2 more|ArXiv.org|Jan 28, 2008

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 35被引用数 29

ひとこと要約

本論文では、赤方偏移に伴う赤外銀河の進化と、ダークマターに対する偏りパラメータを用いたクラスタリングを組み合わせた経験的モデルに基づき、宇宙赤外背景およびサブミリ波長背景の現実的なシミュレーションを提示する。これらのシミュレーションを用いて、Planck/HFIおよびHerschel/SPIREの観測における曇りノイズ、源検出の完全性、および相関した揺らぎの検出可能性を予測し、特にクリアな空域における350–550 μm帯で、残留ダストおよびCMB寄与を差し引いた後でも大規模な相関した非均一性が検出可能であることを示している。

ABSTRACT

The coming Planck and Herschel missions will survey the sky at unprecedented angular scales and sensitivities. Simulations are needed for better interpretating the results of the surveys and for testing new methods of, e.g., source extraction and component separation. We present new simulations of the infrared and submillimeter cosmic background, including the correlation between infrared galaxies. The simulations were used to quantify the source-detection thresholds for Herschel/SPIRE and Planck/HFI, as well as to study the detectability of the cosmic infrared background correlated fluctuations. The simulations are based on an empirical model of IR galaxy evolution. For the correlations, we only included the linear clustering, assuming that infrared galaxies are biased tracers of the dark-matter fluctuation density field. We used the simulations with different bias parameters to predict the confusion noise for Herschel/SPIRE and Planck/HFI and the completeness levels. We also discuss the detectability of the linear clustering in Planck/HFI power spectra, including the foreground and backgrounds components. Simulated maps and catalogs are publicly available online at http://www.ias.u-psud.fr/irgalaxies/simulations.php

研究の動機と目的

• 赤外銀河の空間的クラスタリングを含めた、宇宙赤外背景およびサブミリ波長背景（CIB）の現実的なシミュレーションを開発すること。
• 将来的なHerschel/SPIREおよびPlanck/HFIの観測における曇りノイズと源検出完全性を定量化すること。
• 特に大スケールで、相関したCIB非均一性（CFIRB）がパワー スペクトルにおいてどのように検出可能かを評価すること。
• 今後の観測の計画およびデータ解析手法の検証に使用可能な、公開可能なシミュレーテッド天の川マップおよびカタログを提供すること。

提案手法

• シミュレーションは、赤外銀河の発光関数と赤方偏移による進化を記述するLDPモデルに基づく。
• 銀河の位置は、ダークマターのハロー密度場に従い、ダークマターに対するクラスタリング強度をモデル化するための偏りパラメータを用いる。
• 赤方偏移と発光関数に基づき、各銀河にフラックスを割り当てることで、さまざまな波長（例：350–1380 μm）での天の川マップを生成する。
• Herschel/SPIREおよびPlanck/HFIの機器応答を、ビーム畳み込みおよびノイズ特性を含めてシミュレートする。
• パワー スペクトルを計算することで、相関したCIB非均一性、ポisson的フラクチュエーション、ダスト、CMBからの寄与を分離する。
• 残留ダストとCMBの寄与をそれぞれ10%および2%のレベルでモデル化し、前景除去後の検出可能性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Herschel/SPIREおよびPlanck/HFIの観測において、さまざまなスカイ領域と波長で、源検出の予想される曇りノイズレベルはどの程度か？
• RQ2 どのフラックスレベルとスケールで、個々の赤外銀河がこれらの観測で信頼性高く検出可能か？
• RQ3 どの多重極範囲（ℓ）で、相関したCIB非均一性（CFIRB）が、機器ノイズ、ダスト、CMB前景よりも支配的か？
• RQ4 スカイ領域の選択（例：高銀緯対比低銀緯）が、大規模CFIRB非均一性の検出可能性にどのように影響するか？
• RQ5 残留ダストおよびCMB成分を差し引いた後、Planck/HFIのパワー スペクトルにおいて赤外銀河の線形クラスタリングがどの程度正確に測定可能か？

主な発見

• Herschel/SPIREおよびPlanck/HFIの曇りノイズは、それぞれ350 μmおよび550 μmで、400 平方度の領域では10 mJy未満に予測される。
• 15,000 平方度の調査では、10%の残留ダストおよび2%のCMB汚染レベルが、350 μmでℓ範囲250–1200、550 μmでℓ範囲130–1800にわたってCFIRB非均一性の検出を可能にする。
• 残留前景除去後、相関したCFIRB非均一性パワー スペクトルは、小スケールではポisson的フラクチュエーションよりも、大スケールではダスト/CMBよりも支配的になる。
• クリアな領域（|b| > 40°）では、350 μmおよび550 μmが、ダスト汚染が低いことから、大規模CFIRB非均一性の検出に最適な波長である。
• シミュレーションは、線形偏りパラメータ（b=1およびb=3）が相関したCIB揺らぎの振幅に顕著な影響を及ぼすことを示しており、b=3ではより強いクラスタリングの兆候が得られる。
• シミュレーテッドマップおよびカタログは、http://www.ias.u-psud.fr/irgalaxies/simulations.php で公開されており、将来的な観測計画およびデータ解析のための利用が可能である。