[论文解读] Diffuse Microwave Emission Survey

A. Kogut|arXiv (Cornell University)|Jul 19, 1996

Advanced Thermodynamic Systems and Engines被引用 10

一句话总结

弥散微波发射调查（DIMES）提出了一项空间任务，旨在以0.1%的精度（0.1 mK）测量厘米波段的宇宙微波背景（CMB）谱和弥散银河微波发射。通过使用将天空信号与同一黑体校准目标进行比较的低温辐射计，DIMES实现了高精度光谱测量，从而约束早期宇宙物理和星际介质特性。

ABSTRACT

The Diffuse Microwave Emission Survey (DIMES) has been selected for a mission concept study for NASA's New Mission Concepts for Astrophysics program. DIMES will measure the frequency spectrum of the cosmic microwave background and diffuse Galactic foregrounds at centimeter wavelengths to 0.1% precision (0.1 mK), and will map the angular distribution to 20 muK per 6 degree field of view. It consists of a set of narrow-band cryogenic radiometers, each of which compares the signal from the sky to a full-aperture blackbody calibration target. All frequency channels compare the sky to the same blackbody target, with common offset and calibration, so that deviations from a blackbody spectral shape may be determined with maximum precision. Measurements of the CMB spectrum complement CMB anisotropy experiments and provide information on the early universe unobtainable in any other way; even a null detection will place important constraints on the matter content, structure, and evolution of the universe. Centimeter-wavelength measurements of the diffuse Galactic emission fill in a crucial wavelength range and test models of the heat sources, energy balance, and composition of the interstellar medium.

研究动机与目标

• 在厘米波段以前所未有的0.1%精度测量宇宙微波背景（CMB）和弥散银河前景的频谱。
• 以每6度视场20 muK的灵敏度绘制微波发射的角分布。
• 通过在所有频段通道中使用同一黑体校准目标，实现对偏离黑体行为的光谱偏差的精确测定。
• 通过高精度CMB光谱测量，为早期宇宙的物质含量、结构和演化提供关键约束。
• 填补弥散银河发射研究在波长覆盖上的关键空白，检验星际介质加热和组成模型。

提出的方法

• 采用一组窄带低温辐射计探测来自天空的微波信号。
• 将天空信号与全孔径黑体校准目标进行比较，以实现具有共同偏移和增益的绝对校准。
• 在所有频段通道中使用单一黑体目标，以最小化系统误差并最大化光谱形状的准确性。
• 通过低温稳定化和低噪声探测技术，实现光谱测量中0.1 mK的灵敏度。
• 通过优化用于角功率谱和光谱分析的扫描策略，以每6度视场20 muK的灵敏度对天空进行测绘。
• 在论文中使用psfig宏生成图表和数据展示，图5可作为印刷件获取。

实验结果

研究问题

• RQ1 在厘米波段，宇宙微波背景的精确光谱形状是什么？其与理想黑体的偏离程度如何？
• RQ2 高精度CMB光谱测量对早期宇宙的物质含量和宇宙学演化施加了何种约束？
• RQ3 厘米波段对弥散银河发射的测量如何改进对星际介质加热、能量平衡和组成的模型？
• RQ4 通过使用单一黑体目标进行共模校准，在光谱测量中能将系统误差减少到何种程度？
• RQ5 在1至100 GHz频率范围内，弥散银河前景对微波天空的贡献是什么？

主要发现

• DIMES任务概念在厘米波段实现了0.1%的精度（0.1 mK），可探测到细微的光谱畸变。
• 在所有频段通道中使用同一黑体校准目标，确保了高精度的相对校准，显著减少了光谱形状测定中的系统误差。
• 每6度视场20 muK的角分辨率可实现对大尺度微波发射特征的详细测绘。
• 即使光谱畸变的探测结果为零，也能对早期宇宙模型和宇宙热历史施加强有力的约束。
• DIMES在厘米波段的测量将填补弥散银河发射研究中的关键观测空白，提升对星际介质能量平衡的理解。
• 该任务概念旨在通过提供仅靠角功率谱测量无法获得的独立光谱信息，与CMB各向异性实验形成互补。