[论文解读] Simulations of the cosmic infrared and submillimeter background for future large surveys

N. Fernández-Conde, G. Lagache+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 8, 2010

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 38被引用 6

一句话总结

本文提出一种堆叠技术，通过利用斯皮策望远镜24 µm源的位置对更长波长的图像进行堆叠，以分离宇宙红外与亚毫米波背景（CIB）涨落中的高红移贡献。该方法在350–850 µm波段实现了亚噪声水平检测（比混乱噪声低4–10倍），针对红移z = 1–2的源群体有效，并能有效去除低红移（z < 2）的涨落成分，从而生成以高红移星系为主导的干净CIB图象，适用于星系聚类与演化研究。

ABSTRACT

Context. Herschel and Planck are surveying the sky at unprecedented angular scales and sensitivities over large areas. But both experiments are limited by source confusion in the submillimeter. The high confusion noise in particular restricts the study of the clustering properties of the sources that dominate the cosmic infrared background. At these wavelengths, it is more appropriate to consider the statistics of the unresolved component. In particular, high clustering will contribute in excess of Poisson noise in the power spectra of CIB anisotropies. Aims. These power spectra contain contributions from sources at all redshift. We show how the stacking technique can be used to separate the different redshift contributions to the power spectra. Methods. We use simulations of CIB representative of realistic Spitzer, Herschel, Planck, and SCUBA-2 observations. We stack the 24 μm sources in longer wavelengths maps to measure mean colors per redshift and flux bins. The information retrieved on the mean spectral energy distribution obtained with the stacking technique is then used to clean the maps, in particular to remove the contribution of low-redshift undetected sources to the anisotropies. Results. Using the stacking, we measure the mean flux of populations 4 to 6 times fainter than the total noise at 350 μm at redshifts z = 1 and z = 2, respectively, and as faint as 6 to 10 times fainter than the total noise at 850 μm at the same redshifts. In the deep Spitzer fields, the detected 24 μm sources up to z ~ 2 contribute significantly to the submillimeter anisotropies. We show that the method provides excellent (using COSMOS 24 μm data) to good (using SWIRE 24 μm data) removal of the z &lt; 2 (COSMOS) and z &lt; 1 (SWIRE) anisotropies. Conclusions. Using this cleaning method, we then hope to have a set of large maps dominated by high redshift galaxies for galaxy evolution study (e.g., clustering, luminosity density).

研究动机与目标

• 分离CIB涨落中低红移与高红移的贡献，这些贡献原本被混乱噪声所掩盖。
• 通过清除亚毫米波图象中低红移源的污染，使高红移星系聚类与光度函数研究成为可能。
• 开发一种方法，利用先前的24 µm探测结果和平均谱谱分布（SEDs），实现对350–850 µm波段中极暗淡、未被探测到的源的统计检测。
• 通过分量分离与堆叠技术，生成大尺度、以高红移为主导的CIB图象，供未来巡天使用。
• 在不同深空场（COSMOS与SWIRE）及多个波段（70–850 µm）中验证该方法的有效性。

提出的方法

• 利用斯皮策巡天获得的24 µm源位置，在更长波长的图象（70–850 µm）中进行堆叠，利用已知位置将未被探测到的源的信号进行共加。
• 通过堆叠测量每个红移和流量区间的平均谱谱分布（SEDs），从而对低于混乱极限的源群实现精确的流量估计。
• 将所得平均SEDs应用于清除亚毫米波图象，通过减去低红移源（COSMOS中z < 2，SWIRE中z < 1）的预测贡献。
• 使用功率谱分析量化清理效果，比较总涨落、低红移与高红移涨落分量。
• 通过模拟赫歇尔、普朗克与SCUBA-2的数据，测试该方法在真实巡天条件与不同噪声水平下的表现。
• 在多个波段（250–850 µm）应用该技术，生成以z ≳ 1–2为主导的CIB图象，K校正确保红移特定的主导性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在深空巡天中，低红移（z < 2）源对亚毫米波涨落的贡献程度如何？
• RQ2 对24 µm探测到的源进行堆叠，是否能实现对在350–850 µm波段未被探测到的源群的可靠流量估计？
• RQ3 利用堆叠获得的SEDs，能否有效去除CIB功率谱中的低红移污染？
• RQ4 与混乱噪声相比，该方法可探测到的高红移源群的最低流量水平是多少？
• RQ5 该方法能否生成适合聚类与演化研究的干净、高红移主导的CIB图象？

主要发现

• 该堆叠方法在350 µm波段对红移z = 1和z = 2的源群，分别实现了比混乱噪声低4–6倍的平均流量测量。
• 在850 µm波段，该方法对相同红移的源群实现了比混乱噪声低6–10倍的检测。
• 在COSMOS场中，该方法实现了对z < 2涨落的优异去除效果；在SWIRE场中，实现了对z < 1涨落的良好去除效果。
• 在z ∼ 2以内的24 µm探测源对亚毫米波涨落有显著贡献，验证了其去除的必要性。
• 该清理方法有效降低了泊松型与相关联的低红移涨落，尤其在较长波段，此时低红移贡献较小。
• 该技术能够生成以高红移星系（z ≳ 1–2）为主导的大尺度CIB图象，适用于功率谱分析与聚类研究。