[论文解读] Joint tomographic measurement of thermal Sunyaev Zeldovich and the cosmic infrared background

Adrien La Posta, David Alonso+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 4, 2026

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 0

一句话总结

该论文开发并应用了一种层析成像方法，结合多频率 CMB 图与光度银河样本的互相关，联合重建带偏压的平均电子压强和星形成率密度，同时分离 tSZ 和 CIB，而不依赖于银河聚类属性。

ABSTRACT

We present a novel method for the tomographic reconstruction of the bias-weighted mean electron pressure $\langle bP_e angle$ and star formation rate density $\langle bρ_{\mathrm{SFR}} angle$, by simultaneously modelling the contribution from the thermal Sunyaev-Zel'dovich (tSZ) effect and the Cosmic Infrared Background (CIB) to the cross-correlation between photometric galaxy samples and multi-frequency Cosmic Microwave Background (CMB) maps. The resulting measurements are independent of the galaxy clustering properties and robust against cross-contamination between tSZ and CIB. Applying this method to publicly available data, we reconstruct the cosmic evolution of $\langle bP_e angle$ and $\langle bρ_{\mathrm{SFR}} angle$ out to $z\sim1$, making our measurements publicly available. Our measurements of both quantities are broadly compatible with predictions from the fiducial FLAMINGO hydrodynamical simulation, although we observe a lower gas pressure at low redshifts, in agreement with other measurements.

研究动机与目标

• 通过层析互相关来激发精确测量 IGM 的热状态和宇宙星形成历史的需求。
• 开发一种方法，在保持与银河聚类属性无关的前提下，联合建模 tSZ 与 CIB 对银河–CMB 互谱的贡献。
• 将该方法应用于公开的 Planck 数据以及 DESI WI×SC 与 DESI LRG 样本，以获得关于 ⟨bP_e⟩ 和 ⟨bρ_SFR⟩ 的红shift分辨约束。
• 提供公开可获得的测量结果及相关数据产品，供宇宙学与星系演化研究使用。

提出的方法

• 使用层析重构来从大尺度结构示踪量 U 与银河之间的互相关中估计 ⟨bU⟩，对麻烦的偏置项进行边际化，使 ⟨bU⟩ 与银河聚类无关（方程 (2)-(5)）。
• 将互谱建模为 C_ell^{gg} 和 C_ell^{gU}，使用线性偏置与干扰参数 A 与 N 来吸收非线性或随机偏置（方程 2–3）。
• 将 U 描述为 Pe（电子压强）通过 tSZ 与 CI B 通过 CIB，其中径向核 q_tSZ,ν(χ) 和 q_CIB,ν(χ)（方程 6–7）。
• 通过线性 ML 重建框架（MLBR）处理多频互谱，将数据与 tSZ 与 CIB 的谱能分布相关联，并求解 ⟨bP_e⟩ 与 ⟨bρ_SFR⟩（方程 9–10）。
• 采用 Béthermin 等人的 CIB SED 模板并引入 δβ 倾斜以测试谱鲁棒性，同时对 δβ 与标定进行边际化。

Figure 1: Measurements of the galaxy-tSZ (top row) and galaxy-CIB (bottom row) angular power spectra for the lowest and highest redshift bins used in this analysis. This shows the spILC (or maximum-likelihood) estimates from galaxy- $T^{\nu}$ measurements. While we have a clear detection of both gal

实验结果

研究问题

• RQ1 我们是否能够从银河与多频 CMB 图的互相关中恢复无偏、与聚类无关的 ⟨bP_e⟩ 与 ⟨bρ_SFR⟩ 测量？
• RQ2 在 0.1 ≲ z ≲ 1 的范围内，所恢复的层析测量与 FLAMINGO 水动力学预测的吻合程度如何？
• RQ3 通过多频拟合显式建模 CIB 污染，是否比去 CIB 的地图更能提升约束？
• RQ4 测量对谱模板、标定与频率选择的改变是否鲁棒？

主要发现

⟨bP_e⟩ (meV cm^-3)	⟨bρ_SFR⟩ (M_⊙ yr^-1 Mpc^-3)	⟨z_clust⟩	⟨z_CIB⟩	⟨z_tSZ⟩
0.254	0.262	0.248	0.086 ± 0.026	0.001 ± 0.015
0.472	0.476	0.470	0.345 ± 0.037	0.060 ± 0.014
0.631	0.635	0.628	0.351 ± 0.040	0.063 ± 0.011
0.795	0.798	0.791	0.412 ± 0.063	0.079 ± 0.013
0.930	0.934	0.925	0.419 ± 0.055	0.093 ± 0.010

• 使用 Planck 数据，对 WI×SC 和 DESI LRG 样本的联合层析测量在红shift 分区中显示出高显著性检出（tSZ–银河 SNRs ≈ 30–38；CIB–银河 SNRs ≈ 14–36）。
• 结果大致与先前测量及 FLAMINGO 基准预测一致，且在所探测的最低 redshift (~z≈0.25) 处气体压强稍低。
• 该模型对数据描述充足，PTE 为 11.8%，对 δβ 的边际化并不显著改变最佳拟合值。
• 受 CIB 谱变与标定影响的 Planck+ACT 地图的结果与基线分析相一致，但在较高 redshift 由于残留污染预期有向下偏移。
• 该方法对 CIB 谱变与标定表现出鲁棒性，结果对外部分析公开可获得。

Figure 2: Joint tomographic measurements of bias-weighted electron pressure $\langle bP_{e}\rangle$ and bias-weighted star formation rate density $\langle b\rho_{\rm SFR}\rangle$ from direct correlation of WI $\times$ SC and DESI LRG galaxy samples to multi-frequency observations from Planck . We co