[论文解读] Simulations of the cosmic infrared and submillimeter background for future large surveys: I. Presentation and first application to Herschel/SPIRE and Planck/HFI

N. Fernández-Conde, G. Lagache+2 more|ArXiv.org|Jan 28, 2008

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 35被引用 29

一句话总结

本文基于红外星系演化与暗物质的偏置参数相关的聚类的实证模型，提出了宇宙红外与亚毫米背景的逼真模拟。利用这些模拟，作者预测了普朗克/HFI与赫歇尔/SPIRE巡天中的混淆噪声、源检测完整性和相关涨落的可探测性，表明在减去残余尘埃和CMB贡献后，尤其在350–550 μm波段的干净天空区域，大尺度相关各向异性可被探测到。

ABSTRACT

The coming Planck and Herschel missions will survey the sky at unprecedented angular scales and sensitivities. Simulations are needed for better interpretating the results of the surveys and for testing new methods of, e.g., source extraction and component separation. We present new simulations of the infrared and submillimeter cosmic background, including the correlation between infrared galaxies. The simulations were used to quantify the source-detection thresholds for Herschel/SPIRE and Planck/HFI, as well as to study the detectability of the cosmic infrared background correlated fluctuations. The simulations are based on an empirical model of IR galaxy evolution. For the correlations, we only included the linear clustering, assuming that infrared galaxies are biased tracers of the dark-matter fluctuation density field. We used the simulations with different bias parameters to predict the confusion noise for Herschel/SPIRE and Planck/HFI and the completeness levels. We also discuss the detectability of the linear clustering in Planck/HFI power spectra, including the foreground and backgrounds components. Simulated maps and catalogs are publicly available online at http://www.ias.u-psud.fr/irgalaxies/simulations.php

研究动机与目标

• 开发包含红外星系空间聚类的宇宙红外与亚毫米背景（CIB）的逼真模拟。
• 量化赫歇尔/SPIRE与普朗克/HFI未来巡天中的混淆噪声与源检测完整性。
• 评估在功率谱中相关CIB各向异性（CFIRB）的可探测性，尤其在大角度尺度上。
• 提供公开可获取的模拟天图与星表，用于未来巡天的规划与数据分析方法测试。

提出的方法

• 模拟基于红外星系演化的LDP模型，该模型描述了红外星系的光度函数及其红移演化。
• 星系位置根据暗物质晕密度场分配，通过偏置参数模拟其相对于暗物质的聚类强度。
• 通过根据红移和光度函数为星系分配流量，在不同波长（如350–1380 μm）生成天图。
• 模拟赫歇尔/SPIRE与普朗克/HFI的仪器响应，包括波束卷积与噪声特性。
• 计算模拟天图的功率谱，以分离相关CIB各向异性、泊松涨落、尘埃与CMB的贡献。
• 以10%和2%的水平分别建模残余卷云与CMB污染，以评估前景减除后的可探测性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在不同天空区域与波长下，赫歇尔/SPIRE与普朗克/HFI巡天中源检测的预期混淆噪声水平是多少？
• RQ2 在哪些流量水平与角尺度下，可可靠探测到这些巡天中的单个红外星系？
• RQ3 在哪些多极数范围（ℓ）内，CIB（CFIRB）的相关涨落主导于仪器噪声、尘埃与CMB前景？
• RQ4 选择天空区域（如高银纬与低银纬）如何影响大尺度CFIRB各向异性的可探测性？
• RQ5 在减去残余尘埃与CMB分量后，能否在普朗克/HFI功率谱中测量红外星系的线性聚类？

主要发现

• 在400 平方度的场中，赫歇尔/SPIRE与普朗克/HFI在350 μm与550 μm波段的混淆噪声水平预计低于10 mJy。
• 对于15,000 平方度的巡天，10%的残余尘埃与2%的CMB污染水平允许在ℓ范围250–1200（350 μm）与130–1800（550 μm）探测到CFIRB各向异性。
• 在减除残余前景后，相关CFIRB各向异性功率谱在小尺度上主导于泊松涨落，在大尺度上主导于尘埃/CMB，仅在该条件下成立。
• 在干净区域（|b| > 40°），由于尘埃污染较低，350 μm与550 μm是探测大尺度CFIRB各向异性的最佳波段。
• 模拟显示，线性偏置参数（b=1与b=3）显著影响相关CIB涨落的幅度，其中b=3产生更强的聚类信号。
• 模拟天图与星表已公开发布于 http://www.ias.u-psud.fr/irgalaxies/simulations.php，可用于巡天规划与数据分析。