[论文解读] Maps of Dust IR Emission for Use in Estimation of Reddening and CMBR Foregrounds

David J. Schlegel, Douglas P. Finkbeiner+1 more|CERN Bulletin|Oct 28, 1997

Astronomy and Astrophysical Research被引用 27

一句话总结

本文提出了一幅高动态范围、全天覆盖的100 µm尘埃发射图，结合了DIRBE与IRAS/ISSA数据，去除了黄道背景和点源，并通过温度依赖的发射率校准为尘埃柱密度。该图使消光估计的精度相比Burstein-Heiles图提高了约2倍，尤其在高消光区域表现更优，为宇宙学巡天中校正银河系消光和CMB前景提供了可靠工具。

ABSTRACT

We present a full sky 100 micron map that is a reprocessed composite of the COBE/DIRBE and IRAS/ISSA maps, with the zodiacal foreground and confirmed point sources removed. Before using the ISSA maps, we remove the remaining artifacts from the IRAS scan pattern. Using the DIRBE 100 micron and 240 micron data, we have constructed a map of the dust temperature, so that the 100 micron map can be converted to a map proportional to dust column density. The result of these manipulations is a map with DIRBE-quality calibration and IRAS resolution. To generate the full sky dust maps, we must first remove zodiacal light contamination as well as a possible cosmic infrared background (CIB). This is done via a regression analysis of the 100 micron DIRBE map against the Leiden- Dwingeloo map of H_I emission, with corrections for the zodiacal light via a suitable expansion of the DIRBE 25 micron flux. For the 100 micron map, no significant CIB is detected. In the 140 micron and 240 micron maps, where the zodiacal contamination is weaker, we detect the CIB at surprisingly high flux levels of 32 \pm 13 nW/m^2/sr at 140 micron, and 17 \pm 4 nW/m^2/sr at 240 micron (95% confidence). This integrated flux is ~2 times that extrapolated from optical galaxies in the Hubble Deep Field. The primary use of these maps is likely to be as a new estimator of Galactic extinction. We demonstrate that the new maps are twice as accurate as the older Burstein-Heiles estimates in regions of low and moderate reddening. These dust maps will also be useful for estimating millimeter emission that contaminates CMBR experiments and for estimating soft X-ray absorption.

研究动机与目标

• 生成一幅高保真度、全天覆盖的100 µm星际尘埃发射图，具备更高的角分辨率和绝对校准。
• 从DIRBE和IRAS数据中去除黄道背景污染和点源，以分离出弥散尘埃发射。
• 将尘埃发射图校准为尘埃柱密度，并利用标准消光律将之与消光量E(B−V)关联。
• 为河外和CMB研究提供一种新型、更精确的银河系消光估计器。
• 向天体物理学界公开发布最终图象及相关处理工具。

提出的方法

• 重新处理COBE/DIRBE与IRAS/ISSA 100 µm图象的复合数据，去除IRAS扫描图案引起的伪影。
• 利用100 µm与240 µm发射的比值，推导出尘埃颜色温度图（17–21 K），从而实现将100 µm流量转换为尘埃柱密度。
• 对DIRBE 100 µm图象与H I发射（莱顿-丁格尔胡大学图）进行回归分析，使用25 µm扩展校正黄道光影响。
• 利用椭圆星系的颜色和RV = 3.1的Cardelli等人的消光律，将尘埃图校准为E(B−V)消光。
• 使用DIRBE数据填补IRAS数据中的缺失区域（3%间隙和土星污染区域），保持校准一致性，并在这些区域避免源移除操作。
• 将最终图象以4096×4096像素的FITS格式存储，采用Lambert投影（北天极和南天极），像素坐标从银道坐标（l, b）映射而来。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否在去除黄道背景和伪影后，结合DIRBE的校准与IRAS的分辨率，构建一幅复合的DIRBE与IRAS 100 µm图？
• RQ2 尘埃温度变化（17–21 K）对100 µm发射转为尘埃柱密度的转换影响有多大？
• RQ3 与Burstein-Heiles方法相比，新尘埃图在估计银河系消光方面的精度如何？
• RQ4 在140 µm和240 µm波段是否存在可探测的宇宙红外背景（CIB），其水平与光学巡天外推结果相比如何？
• RQ5 该尘埃图能否在高银纬和低银纬区域可靠地用于消光估计？其局限性是什么？

主要发现

• 尘埃温度在17 K至21 K之间变化，与恒定温度假设相比，该变化可使尘埃柱密度估计值产生高达5倍的修正。
• 在低消光和中等消光区域，新尘埃图的消光估计精度是Burstein-Heiles方法的两倍，且在高消光区域预计精度显著提升。
• 在100 µm波段未探测到显著的宇宙红外背景（CIB），但在140 µm波段探测到CIB通量为32±13 nW/m²/sr，在240 µm波段为17±4 nW/m²/sr，高于哈勃深空场的外推结果。
• 在高银纬区域，尘埃图与H I发射具有良好的相关性，但在致密分子区域出现偏离，原因在于H₂形成和H I饱和。
• 高速H I云在尘埃发射方面明显不足，与预期一致。
• 图象可通过网络或AAS光盘发布，附带掩膜文件和处理细节，可使用标准FITS工具访问。