[论文解读] First results from the ATCA 18 GHz pilot survey

R. Ricci, E. M. Sadler+8 more|arXiv (Cornell University)|Jul 7, 2004

Radio Astronomy Observations and Technology参考文献 1被引用 3

一句话总结

本论文展示了利用澳大利亚望远镜紧凑阵列（ATCA）在18 GHz频段进行的首次试点调查结果，覆盖了1,216 deg²的南天区域，4σ灵敏度极限为60 mJy。该研究确认了221个源，发现河外源数量分布符合幂律指数−2.2的模型，且超过70%的源具有平谱或倒谱，光学识别率较高，表明这是一个与低频巡天不同的明亮、高频选择的源群体。

ABSTRACT

As a pilot study for the first all-sky radio survey at short wavelengths, we have observed 1216 sq. deg. of the southern sky at 18GHz (16mm) using a novel wide-band (3.4GHz bandwidth) analogue correlator on one baseline of the Australia Telescope Compact Array (ATCA). We scanned a region of sky between declination -71 and -59 degrees with an rms noise level of 15mJy. Follow-up radio imaging of candidate sources above a 4 sigma detection limit of 60mJy resulted in 221 confirmed detections, for which we have measured accurate positions and flux densities. For extragalactic sources, the survey is roughly 70% complete at a flux density of 126mJy and 95% complete above 300mJy. Almost half the detected sources lie within a few degrees of the Galactic plane, but there are 123 sources with |b|>5 degrees which can be assumed to be extragalactic. The differential source counts for extragalactic sources in the range 0.1Jy < S_{18GHz} < 3Jy are well fitted by a relation of the form n(S)=57(S/{Jy})^{-2.2\pm0.2} [Jy^-1 sr^-1], in good agreement with the 15GHz counts published by Taylor et al. (2001) and Waldram et al. (2003). Over 70% of the extragalactic sources have a flat radio spectrum (α_{0.843}^{18}> -0.5, S_ν\proptoν^α), and 29% have inverted radio spectra (α_{0.843}^{18}> 0). The optical identification rate is high: 51% of the extragalactic sources are identified with stellar objects (candidate QSOs), 22% with galaxies and only 27% with faint optical objects or blank fields.

研究动机与目标

• 在18 GHz频段开展全天空试点巡天，以探测高频射电源群体。
• 评估在紧凑阵列上使用宽带模拟相关器进行大范围、高频巡天的可行性。
• 测量河外源的源数量和光谱特性，以支持CMB前景污染的分析及未来如Planck等巡天任务。
• 评估高频射电源的光学识别率和偏振特性。
• 确定本调查对20 GHz全天空巡天的完整性和灵敏度。

提出的方法

• 利用ATCA单基线上配备的超宽带（3.4 GHz）模拟相关器，实现高带宽和快速扫描。
• 在赤纬−71°至−59°之间对1,216 deg²区域进行快速0.2 s积分扫描。
• 达到4σ灵敏度极限60 mJy，均方根噪声水平为15 mJy。
• 对4σ候选源进行后续综合成像，以确认检测结果并精确测量流量密度和位置。
• 使用3.4 GHz带宽，配备16个时延通道，生成8个中心频率为425 MHz的频段，以实现高信噪比测量。
• 采用幂律拟合进行源数量建模：n(S) = 57 (S/Jy)−2.2±0.2 Jy⁻¹ sr⁻¹，适用于河外源。

实验结果

研究问题

• RQ1 在18 GHz频段，河外射电源的源数量分布如何？与低频巡天相比有何差异？
• RQ2 高频射电源中具有平谱或倒谱的源所占比例是多少？这对CMB前景污染有何影响？
• RQ3 18 GHz选源的光学识别率与1.4 GHz巡天相比如何？
• RQ4 高频射电源的偏振分布如何？是否会影响CMB B模式测量？
• RQ5 宽带、快速扫描的干涉巡天能否在20 GHz全天空巡天中实现足够的灵敏度和完整性？

主要发现

• 本调查在60 mJy的4σ检测阈值下确认了221个源，覆盖1,216 deg²区域，均方根噪声水平为15 mJy。
• 在0.1–3 Jy范围内的河外源数量分布可用幂律指数−2.2±0.2良好描述，与15 GHz巡天结果一致。
• 超过70%的河外源具有平谱或倒谱（α₁₈ > −0.5），其中29%为倒谱源（α₁₈ > 0）。
• 光学识别率为73%，其中51%为类星体，22%为星系，显著高于1.4 GHz巡天的识别率。
• 偏振中位数为2.1%，与已知的平谱源群体一致，且足够低，不会干扰Planck的E模式测量。
• 本调查证实，以40 mJy灵敏度开展全天20 GHz巡天是可行的，预计可探测约10⁴个河外源，为ALMA提供稳健的校准网络。