[论文解读] AMiBA Observations, Data Analysis and Results for Sunyaev-Zel'dovich Effects

Jiun-Huei Proty Wu, Ho, P. T. P.+29 more|ArXiv.org|Oct 6, 2008

Radio Astronomy Observations and Technology参考文献 2被引用 5

一句话总结

本论文首次利用AMiBA干涉仪在3毫米波段成功检测到太阳亚诺夫-泽尔多维奇效应（SZE），报告了使用7元配置对六个星系团的观测结果。该研究展示了高保真度的数据分析技术，通过行星校准验证了系统性能，并报告了SZE振幅的一致性及宇宙学约束，包括在平坦ΛCDM模型中对哈勃常数的估计值为$ H_0 = 50^{+16+18}_{-16-23}~{\rm km}~{\rm s}^{-1}~{\rm Mpc}^{-1} $。

ABSTRACT

We present observations, analysis and results for the first-year operation of AMiBA, an interferometric experiment designed to study cosmology via the measurement of Cosmic Microwave Background (CMB). AMiBA is the first CMB interferometer operating at 3 mm to have reported successful results, currently with seven close-packed antennas of 60-cm diameter giving a synthesized resolution of around 6'. During 2007 AMiBA detected the Sunyaev-Zel'dovich effects (SZE) of six galaxy clusters at redshift 0.091 <= z <= 0.322. An observing strategy with on-off-source switching is used to minimize the effects from electronic offset and ground pickup. Planets were used to test the observational capability of AMiBA and to calibrate the conversion from correlator time-lag data to visibilities. The detailed formalism for data analysis is given. We summarize our early tests including observations of planets and quasars, and present images, visibility profiles, the estimated central coordinates, sizes, and SZE amplitudes of the galaxy clusters. Science results are summarized. We also discuss possible systematic effects in the results.

研究动机与目标

• 展示利用紧凑型7元CMB干涉仪在3毫米波段检测太阳亚诺夫-泽尔多维奇效应（SZE）的可行性。
• 通过源上/源下切换、行星校准和可见度分析验证AMiBA仪器的性能。
• 测量六个红移在$ 0.091 \leq z \leq 0.322 $之间的星系团的SZE振幅、团块大小和中心坐标。
• 推导宇宙学约束，如哈勃常数和积分康普顿参数$ Y_{2500} $。
• 将AMiBA结果与X射线及其他CMB观测结果进行比较，以检验比例关系和系统效应。

提出的方法

• 采用源上/源下切换技术，抑制地物辐射和电子偏移对可见度测量的影响。
• 使用行星（如木星）作为校准源，将相关器时延数据转换为校准后的可见度。
• 采用基于X射线测量参数的球面对称等温$ \beta $-模型，对星系团辐射进行建模并校准SZE归一化。
• 利用7元干涉仪阵列（合成波束约6'）进行可见度剖面拟合和图像重建。
• 与斯巴鲁弱引力透镜数据联合分析，交叉验证星系团质量分布和重子物质分数。
• 采用一种考虑波束响应、指向误差和系统稳定性的数据分析方法，所有这些因素均被证明可忽略不计。

实验结果

研究问题

• RQ1 像AMiBA这样的3毫米波段CMB干涉仪能否成功检测星系团中的太阳亚诺夫-泽尔多维奇效应？
• RQ2 AMiBA测得的SZE振幅与30 GHz和145 GHz波段其他仪器的测量结果相比如何？
• RQ3 AMiBA的SZE测量结果在多大程度上与弱引力透镜数据及X射线比例关系一致？
• RQ4 在平坦$ \Lambda $CDM模型中，AMiBA通过SZE测量得到的哈勃常数的精度和可靠性如何？
• RQ5 诸如波束响应或指向误差等系统效应如何影响最终的SZE测量结果，又是如何被抑制的？

主要发现

• AMiBA利用其7元配置在3毫米波段成功检测到红移介于0.091至0.322之间的六个星系团的SZE效应。
• 在$ \Omega_m = 0.3 $和$ \Omega_\Lambda = 0.7 $的平坦$ \Lambda $CDM宇宙学模型中，哈勃常数估计为$ H_0 = 50^{+16+18}_{-16-23}~{\rm km}~{\rm s}^{-1}~{\rm Mpc}^{-1} $。
• 对A1689、A2142、A2261和A2390的积分康普顿参数$ Y_{2500} $进行了测量，结果与X射线及OVRO/BIMA数据一致，但系统性地低于145 GHz波段的SuZIE II结果。
• $ Y_{2500} $与X射线推导出的物理量（温度、质量、光度）之间的比例关系与自相似模型预测一致。
• 与斯巴鲁弱引力透镜数据联合分析得到重子物质分数为$ f_{\rm b}(<r_{200}) = 0.133 \pm 0.027 $，暗示星系团中约22 ± 16%的重子物质缺失于热相。
• 系统效应如指向误差和波束响应被证明可忽略不计，证实了AMiBA仪器和数据分析流程的可靠性。