[論文レビュー] Detection of new point-sources in WMAP Cosmic Microwave Background (CMB) maps at high Galactic latitude. A new technique to extract point sources from CMB maps

Elsa P. R. G. Ramos, R. Vio+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 8, 2010

Radio Astronomy Observations and Technology参考文献 25被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、銀河平面に近い領域の宇宙マイクロ波背景（CMB）マップにおける点源検出に向けた、頑健で単純な手法である重み付き一致フィルタ（WMF）を紹介する。WMFは、WMAP 7年分の1,200 deg²のデータに適用され、既存のWMAPカタログにない7つの新しい銀河系外点源を同定した。これらの点源のスペクトル指数は-1.00から+0.15の範囲にあり、非平坦スペクトル源の検出に有効であることが示された。

ABSTRACT

In experimental microwave maps, point-sources can strongly affect the estimation of the power-spectrum and/or the test of Gaussianity of the Cosmic Microwave Background (CMB) component. As a consequence, their removal from the sky maps represents a critical step in the analysis of the CMB data. Before removing a source, however, it is necessary to detect it and source extraction consists of a delicate preliminary operation. In the literature, various techniques have been presented to detect point-sources in the sky maps. The most sophisticated ones exploit the multi-frequency nature of the observations that is typical of the CMB experiments. These techniques have "optimal" theoretical properties and, at least in principle, are capable of remarkable performances. Actually, they are rather difficult to use and this deteriorates the quality of the obtainable results. In this paper, we present a new technique, the "weighted matched filter" (WMF), that is quite simple to use and hence more robust in practical applications. Such technique shows particular efficiency in the detection of sources whose spectra have a slope different from zero. We apply this method to three Southern Hemisphere sky regions - each with an area of 400 square degrees - of the seven years Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) maps and compare the resulting sources with those of the two seven-year WMAP point-sources catalogues. In these selected regions we find seven additional sources not previously listed in WMAP catalogues and discuss their most likely identification and spectral properties.

研究の動機と目的

• 銀河平面による汚染が最小限に抑えられる領域におけるCMBマップにおける点源検出のための実用的で頑健な手法の開発。
• MMFのような理論的に最適だが実装が難しい多周波数手法に代わる改良。
• WMAP 7年分の温度マップにおける高銀経度領域で、これまでに検出されていなかった点源の同定。
• 新たに同定された点源のスペクトルエネルギー分布（SED）および可能性のある天体的同定の特徴化。
• 実データにおけるWMF手法の妥当性を検証し、将来のALMAおよびPlanckデータへの応用に備える。

提案手法

• WMFは、銀河平面放射が無視できるほどの小規模な天の領域に特化した統計的検出手法として定式化される。
• データは、全周波数で共通のCMB、機器ノイズ、周波数依存の点源放射（スペクトル指数を有する）の重ね合わせとしてモデル化される。
• フィルタは、非ゼロのスペクトル指数を持つ源に最も感度が高いように、多周波数データの重み付き合成を用いる。
• 本手法では、点源の放射度が周波数 $ i $ で $ a_i \mathbf{G} $ のように周波数依存するものと仮定する。ここで $ \mathbf{G} $ は空間的テンプレート、$ a_i $ は周波数 $ i $ における振幅である。
• WMFは、WMAP 7年分マップの南半球における3つの400 deg²領域に適用された。
• 源候補は、12′以内の半径で電波カタログと照合され、測定誤差を考慮したBCES(Y|X)法を用いてSEDが再構築された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 現実のCMBデータ解析において、複雑な最適フィルターよりも単純で実用的な検出手法が優れた性能を示せるか？
• RQ2 WMFは、高銀経度領域のWMAPデータにおいて、非平坦スペクトル指数を持つ点源をどれほど効果的に検出できるか？
• RQ3 選択された高銀経度領域において、既存のWMAP 7年分カタログを超えていくつもの新しい点源を検出できるか？
• RQ4 新たに同定された源のスペクトル的性質および可能性のある天体的同定は何か？
• RQ5 WMFは、将来的な高解像度データ（ALMAおよびPlanck）に対しても効果的に適用可能か？

主な発見

• WMFは、WMAP 7年分マップの3つの400 deg²領域において、2つの公式なWMAP 7年分点源カタログに記載のない7つの新しい点源を効果的に検出した。
• Source #1 の最も可能性の高い対応天体のスペクトル指数は -0.60 ± 0.07（逆スペクトル）と推定された。一方、Source #4 は ∼0.15 ± 0.01（平坦またはわずかに逆スペクトル）のスペクトル指数を示した。
• Source #3（PKS 0212-620）は、複数の観測エポックにおいて同じ周波数で輝度が異なることから、変動性の証拠を示した。
• Source #6 には変動するQSO（PMN J0323-6026）が含まれており、多周波数データを用いたSEDは複雑な構造を示した。
• Source #7（PKS 0226-559）は、低周波数では平坦スペクトルを示したが、高周波数でカットオフを示し、スペクトルの急激な傾きの増加（スペクトルの傾きの増大）を示した。
• WMF手法は、非ゼロのスペクトル指数を持つ源、特に逆スペクトルまたは平坦スペクトルの源の検出において、ノイズの多い現実のCMBデータにおいて有効かつ頑健であることが示された。