[论文解读] HI constraints from the cross-correlation of eBOSS galaxies and Green Bank Telescope intensity maps

Laura Wolz, Alkistis Pourtsidou+19 more|arXiv (Cornell University)|Feb 9, 2021

Radio Astronomy Observations and Technology参考文献 6被引用 16

一句话总结

本研究首次在 0.6 < z < 1.0 的红移范围内，对格林班克望远镜（GBT）21 cm H i 强度图与 eBOSS LRG、ELG 和 WiggleZ 星系样本在超过 100 deg² 的天空区域进行了互相关分析。通过使用 FastICA 进行前景分离，并利用传递函数校正信号偏差，该研究在 k_eff = 0.31 h/Mpc 处约束了 Ω_Hi b_Hi r_Hi,opt，这是迄今为止在该高红移范围内最精确的 H i 密度涨落测量结果。

ABSTRACT

We present the joint analysis of Neutral Hydrogen (HI) Intensity Mapping observations with three galaxy samples: the Luminous Red Galaxy (LRG) and Emission Line Galaxy (ELG) samples from the eBOSS survey, and the WiggleZ Dark Energy Survey sample. The HI intensity maps are Green Bank Telescope observations of the redshifted 21cm emission on 100deg2 covering the redshift range $0.6

研究动机与目标

• 测量高红移宇宙（0.6 < z < 1.0）中中性氢（H i）密度涨落，该红移区间目前研究较少，且 H i 约束有限。
• 通过减轻 GBT 强度映射数据中的前景污染，提高 H i 功率谱测量的精度。
• 将 H i 强度图与三种不同的星系样本（eBOSS LRG、ELG、WiggleZ）进行互相关，以探测 H i-星系互相关功率谱。
• 开发并验证一个数据处理流程，利用模拟数据和传递函数校正，以补偿前景去除对信号造成的退化影响。
• 通过在真实数据上测试分析技术，为未来的 H i 强度映射巡天奠定基础。

提出的方法

• 在红移范围 0.6 < z < 1.0 内，获取格林班克望远镜在 100 deg² 天区的 21 cm H i 强度映射数据。
• 应用 FastICA 方法分离并去除射电频率数据中的前景信号，利用前景与 H i 信号在统计上的独立性。
• 通过再现巡天系统误差与噪声的现实模拟，验证前景分离的质量。
• 从模拟中构建传递函数，以校正前景去除对 H i 功率谱引入的偏差。
• 将清理后的 H i 图与三个 eBOSS 星系样本（LRG、ELG、WiggleZ）进行互相关，以测量 H i-星系互相关功率谱。
• 在有效波数 k_eff = 0.24、0.31 和 0.48 h/Mpc 处拟合互相关功率谱，以约束乘积 Ω_Hi b_Hi r_Hi,opt。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 z ≈ 0.8 时，H i 强度图与 eBOSS 星系之间的互相关功率谱的幅度是多少？其随尺度如何变化？
• RQ2 FastICA 在高红移巡天中，能否有效分离 GBT 21 cm 强度映射数据中的银河系及河外前景？
• RQ3 前景去除在多大程度上导致了测量的 H i 功率谱偏差？是否可通过传递函数进行校正？
• RQ4 不同星系类型（LRG、ELG、WiggleZ）在 H i 含量不同的情况下，其对 Ω_Hi b_Hi r_Hi,opt 的约束结果有何差异？
• RQ5 观测到的互相关结果与半解析星系演化模型的预测相比如何？

主要发现

• 在 k_eff = 0.31 h/Mpc 处，GBT-WiggleZ 互相关得到 Ω_Hi b_Hi r_Hi,Wig = [0.58 ± 0.09 (统计) ± 0.05 (系统)] × 10⁻³，对应 z ≈ 0.8。
• 对于 GBT-ELG 样本，该处的约束为 Ω_Hi b_Hi r_Hi,ELG = [0.40 ± 0.09 (统计) ± 0.04 (系统)] × 10⁻³，红移与 k_eff 相同。
• GBT-LRG 样本给出最低约束值：Ω_Hi b_Hi r_Hi,LRG = [0.35 ± 0.08 (统计) ± 0.03 (系统)] × 10⁻³，反映出 LRG 中 H i 含量较低。
• 在 k_eff = 0.24 h/Mpc 和 0.48 h/Mpc 处的约束结果亦已报告，显示在整个探测范围内具有稳定的尺度依赖性。
• 该结果是迄今为止在红移范围 0.6 < z < 1.0 内对 H i 密度涨落最精确的约束。
• 所开发的数据处理流程，经模拟验证并结合传递函数校正，具有鲁棒性，适用于未来的强度映射巡天。