[论文解读] Search for correlations between COBE DMR and ROSAT PSPC All-Sky survey data

R. Kneißl, R. Egger+3 more|arXiv (Cornell University)|Oct 21, 1996

Atmospheric and Environmental Gas Dynamics被引用 3

一句话总结

本研究将COBE DMR微波天图与ROSAT PSPC X射线全天 Survey 数据进行互相关分析，以检验宇宙微波背景（CMB）与河外X射线背景之间在大尺度上的相关性。结果表明，在7°–40°角尺度上未发现显著的河外相关性，CMB涨落的上限约为15%，XRB涨落的上限约为10%；而银河系相关性仅在四极矩尺度上显著。

ABSTRACT

Results from a cross-correlation analysis between the COBE DMR 4 year, and ROSAT PSPC All-Sky Survey data are presented. Statistical comparisons between microwave and X-ray maps can probe interesting astrophysical environments and processes, such as e.g. the Sunyaev-Zel'dovich effect in clusters of galaxies or the Integrated Sachs-Wolfe effect. In order to test the diffuse, extragalactic X-ray background as probed by ROSAT, against the COBE DMR large-scale CMB structure, our analysis was performed in most detail in a ROSAT selected region of the sky (40 deg < b, 70 < l < 250 deg) in an X-ray energy range with minimal Galactic structure and residual X-ray contamination. Comparing to other regions of the sky and neighbouring energies and frequencies, we find indication for a positive Galactic correlation on large scales. Removing a quadrupole term on a sky map with a Galactic cutout or related gradients in the selected regions leaves no correlations above a 1-sigma level on smaller angular scales. We conclude that there is no significant extragalactic correlation on scales for which the combined data are sensitive (7 deg - 40 deg) and that Galactic correlation is significant only on angular scales of the order of the quadrupole. In the context of removing large angular scale gradients we give results on best fit X-ray dipoles from various ROSAT data and discuss these with respect to the difficulty of finding a cosmological dipole. The lowest correlation upper limits we can place are about 15 % of COBE CMB fluctuations and about 10 % of the ROSAT extragalactic XRB fluctuations. We discuss these results with respect to possible correlation mechanisms.

研究动机与目标

• 检验来自COBE DMR的宇宙微波背景（CMB）与来自ROSAT PSPC的河外X射线背景（XRB）之间的相关性。
• 通过互相关分析研究潜在的天体物理机制，如Sunyaev-Zel'dovich效应或Integrated Sachs-Wolfe效应。
• 评估大尺度银河系前景（特别是四极矩项）在掩盖或模拟宇宙学信号方面的影响。
• 确定在7°–40°角尺度上任何可能的河外相关性的上限。
• 评估在前景污染的挑战下，X射线数据中宇宙学偶极子的可探测性。

提出的方法

• 对COBE DMR四年的微波天图与ROSAT PSPC全天 Survey X射线图进行互相关分析。
• 聚焦于一个特定的银河系纬度选择区域（40° < b，70° < l < 250°），该区域银河系结构稀疏且残余X射线污染较少。
• 应用银河系遮蔽区并移除四极矩项，以隔离小尺度相关性并减少前景梯度。
• 在不同能量 band 和天区之间比较结果，以评估一致性和显著性。
• 使用统计方法计算相关系数及其显著性水平，并在90%置信度下设定上限。
• 分析来自不同ROSAT数据子集的X射线偶极子，以评估宇宙学可探测性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在7°–40°角尺度上，COBE DMR CMB各向异性的涨落与ROSAT PSPC河外X射线背景之间是否存在统计显著的相关性？
• RQ2 银河系前景（特别是大尺度四极矩）在互相关分析中对表观相关性的贡献程度如何？
• RQ3 任何潜在的CMB涨落与X射线背景涨落之间河外相关性的上限是多少？
• RQ4 在前景污染和仪器系统误差的挑战下，能否在ROSAT数据中可靠探测到宇宙学X射线偶极子？
• RQ5 不同能量带和天区之间的结果如何比较？这些结果对Sunyaev-Zel'dovich效应或Integrated Sachs-Wolfe效应等物理相关机制有何启示？

主要发现

• 在7°–40°角尺度上，未发现COBE DMR CMB涨落与ROSAT PSPC X射线背景涨落之间存在显著的河外相关性。
• 最高的相关性上限约为CMB涨落的15%，以及XRB涨落的约10%。
• 银河系相关性仅在大角尺度上显著，具体表现为四极矩项水平。
• 移除四极矩项并应用银河系遮蔽区后，在较小角尺度上不再存在超过1-σ水平的显著相关性。
• 分析表明，大尺度梯度（特别是来自银河系结构的梯度）主导了观测到的互相关信号，从而掩盖了潜在的宇宙学信号。
• 来自ROSAT数据的最佳拟合X射线偶极子与噪声水平一致，表明在X射线背景中未可靠探测到宇宙学偶极子。