[논문 리뷰] 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. Lagache외 2명|ArXiv.org|2008. 01. 28.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 35인용 수 29

한 줄 요약

이 논문은 어두운 물질에 대한 편향 매개변수를 통한 적외선 은하의 진화 및 군집화를 묘사하는 경험적 모델을 기반으로 우주적 적외선 및 submillimeter 배경의 현실적인 시뮬레이션을 제시한다. 이러한 시뮬레이션을 통해 저자들은 Planck/HFI 및 Herschel/SPIRE 설문조사에서 혼잡도 노이즈, 소스 탐지 완전성, 그리고 잔류 먼지 및 CMB 기여를 제거한 후에 대규모 상관관계가 있는 비등방성의 탐지 가능성을 예측하며, 특히 청정 하늘 영역에서 350–550 μm에서 대규모 상관관계 있는 비등방성이 탐지될 수 있음을 보여준다.

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

연구 동기 및 목표

• 우주적 적외선 및 submillimeter 배경(CIB)의 공간적 군집화를 포함한 현실적인 시뮬레이션을 개발하기 위해.
• Herschel/SPIRE 및 Planck/HFI 향후 설문조사의 혼잡도 노이즈와 소스 탐지 완전성을 정량화하기 위해.
• 특히 큰 각도 스케일에서 파wer 스펙트럼에서 상관관계 있는 CIB 비등방성(CFIRB)의 탐지 가능성을 평가하기 위해.
• 향후 설문조사의 기획 및 데이터 분석 방법 테스트에 사용할 수 있도록 공개 가능한 시뮬레이션 천구도 및 카탈로그를 제공하기 위해.

제안 방법

• 시뮬레이션은 적외선 은하의 진화를 묘사하는 LDP 모델에 기반하며, 이는 IR 은하의 빛의 세기 함수와 적색편이 진화를 기술한다.
• 은하의 위치는 어둠의 물질 헬로 밀도장에 따라 할당되며, 어둠의 물질에 대한 상대적인 군집 강도를 모델링하기 위해 편향 매개변수를 사용한다.
• 은하의 적색편이 및 빛의 세기 함수에 따라 흐름을 할당하여 다양한 파장(예: 350–1380 μm)에서 천구도를 생성한다.
• Herschel/SPIRE 및 Planck/HFI의 기구 반응을 모의하여 빔 컨볼루션 및 노이즈 특성을 포함한다.
• 시뮬레이션된 지도의 파워 스펙트럼을 계산하여 상관관계 있는 CIB 비등방성, 포아송 변동성, 먼지, CMB 기여를 분리한다.
• 잔류 오염물질로써 cirrus와 CMB는 각각 10% 및 2% 수준에서 모의되어, 배경 제거 후 탐지 가능성 평가에 사용된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Herschel/SPIRE 및 Planck/HFI 설문조사에서 다양한 천구 영역과 파장에서 소스 탐지의 기대 혼잡도 노이즈 수준은 무엇인가?
• RQ2 어느 유량 수준과 각도 스케일에서 개별 적외선 은하가 이러한 설문조사에서 신뢰성 있게 탐지될 수 있는가?
• RQ3 다양한 파워 스펙트럼에서 다중극수(ℓ) 범위에서 상관관계 있는 CIB 비등방성(CFIRB)이 기구 노이즈, 먼지 및 CMB 배경보다 우세한가?
• RQ4 예를 들어 고은하 위도 대비 저은하 위도 영역의 선택이 대규모 CFIRB 비등방성 탐지 가능성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 잔류 먼지 및 CMB 성분을 제거한 후 Planck/HFI 파워 스펙트럼에서 적외선 은하의 선형 군집화는 어느 정도 측정될 수 있는가?

주요 결과

• Herschel/SPIRE 및 Planck/HFI의 혼잡도 노이즈 수준은 각각 350 μm 및 550 μm에서 400 제곱도의 영역에서 10 mJy 이하로 예측된다.
• 15,000 제곱도의 설문조사에서 잔류 먼지 10% 및 CMB 2% 오염 수준은 350 μm에서 ℓ 범위 250–1200 및 550 μm에서 ℓ 범위 130–1800에서 CFIRB 비등방성의 탐지 가능성을 허용한다.
• 잔류 배경 제거 후에만, 작은 스케일에서는 상관관계 있는 CFIRB 비등방성 파워 스펙트럼이 포아송 변동성보다 지배적이며, 큰 스케일에서는 먼지/CMB보다 지배적이다.
• 청정 영역(|b| > 40°)에서는 더 낮은 먼지 오염으로 인해 350 μm 및 550 μm가 대규모 CFIRB 비등방성 탐지에 최적의 파장이다.
• 시뮬레이션은 선형 편향 매개변수(b=1 및 b=3)가 상관관계 있는 CIB 변동성의 진폭에 상당한 영향을 미치며, b=3일 경우 더 강한 군집 서명을 유도함을 보여준다.
• 시뮬레이션 지도 및 카탈로그는 향후 설문조사 기획 및 데이터 분석에 사용하기 위해 http://www.ias.u-psud.fr/irgalaxies/simulations.php 에 공개되어 있다.