[论文解读] The MWA Long Baseline Epoch of Reionisation Survey: I. Improved Source Catalogue for the EoR 0 field

C. Lynch, Timothy J. Galvin+7 more|arXiv (Cornell University)|Oct 15, 2021

Radio Astronomy Observations and Technology参考文献 124被引用 21

一句话总结

本文介绍了MWA长基线再电离时期巡天（LoBES），该巡天利用MWA阵列二期数据，为EoR0场提供了高分辨率、多频段的源星表。通过改进扩展源和明亮前景源（尤其是主波束旁 lob 区域）的谱和结构建模，该研究降低了MWA一期数据中的残余前景功率，特别是在小角尺度上，从而提升了再电离时期实验的校准精度。

ABSTRACT

One of the principal systematic constraints on the Epoch of Reionisation (EoR) experiment is the accuracy of the foreground calibration model. Recent results have shown that highly accurate models of extended foreground sources, and including models for sources in both the primary beam and its sidelobes, are necessary for reducing foreground power. To improve the accuracy of the source models for the EoR fields observed by the Murchison Widefield Array (MWA), we conducted the MWA Long Baseline Epoch of Reionisation Survey (LoBES). This survey consists of multi-frequency observations of the main MWA EoR fields and their eight neighbouring fields using the MWA Phase II extended array. We present the results of the first half of this survey centred on the MWA EoR0 observing field (centred at RA(J2000) 0 h, Dec(J2000) -27 deg). This half of the survey covers an area of 3069 degrees$^2$, with an average rms of 2.1 mJy beam$^{-1}$. The resulting catalogue contains a total of 80824 sources, with 16 separate spectral measurements between 100 and 230 MHz, and spectral modelling for 78$\%$ of these sources. Over this region we estimate that the catalogue is 90$\%$ complete at 32 mJy, and 70$\%$ complete at 10.5~mJy. The overall normalised source counts are found to be in good agreement with previous low-frequency surveys at similar sensitivities. Testing the performance of the new source models we measure lower residual rms values for peeled sources, particularly for extended sources, in a set of MWA Phase I data. The 2-dimensional power spectrum of these data residuals also show improvement on small angular scales -- consistent with the better angular resolution of the LoBES catalogue. It is clear that the LoBES sky models improve upon the current sky model used by the Australian MWA EoR group for the EoR0 field.

研究动机与目标

• 主要目标是通过为MWA EoR0场创建高分辨率、多频段的源星表，改进再电离时期（EoR）的前景校准模型。
• 本研究解决了当前天空模型的关键局限性，即通常对扩展源和明亮源（尤其是主波束旁 lob 区域的源）建模不准确的问题。
• 旨在通过提供100–230 MHz频段内源的精确谱和结构模型，减少21厘米功率谱测量中的前景污染。
• 该研究旨在提升EoR实验中源剥离和前景减除的保真度，特别是针对默奇森宽场孔径阵列（Murchison Widefield Array, MWA）。
• 目标是在32 mJy处达到90%的完整性，在10.5 mJy处达到70%的完整性，且对78%的源实现谱建模，以支持未来的EoR探测工作。

提出的方法

• LoBES巡天利用MWA阵列二期的扩展阵列，在100–230 MHz频段内对EoR0场周围3069 deg²的区域进行多频段观测。
• 共检测到80,824个源，每个源具有16次谱测量，支持对谱指数和曲率的详细建模。
• 通过多组件技术对源进行交叉匹配和建模，包括对扩展源使用高斯模型和形状子基（shapelet-based）模型。
• 巡天采用宽带成像处理流程，生成深度60 MHz图像，平均均方根（rms）为2.1 mJy beam⁻¹。
• 通过对比使用当前澳大利亚MWA EoR天空模型与LoBES模型时，MWA一期数据的残余功率谱，对新源星表进行了验证。
• 通过二维功率谱分析评估性能，重点关注前景楔形区域内残余前景功率，尤其是小角尺度上的表现。

实验结果

研究问题

• RQ1 与当前澳大利亚MWA EoR天空模型相比，LoBES源星表在多大程度上提升了前景校准精度？
• RQ2 多频段、多组件源模型在多大程度上减少了MWA一期数据中的残余前景功率？
• RQ3 LoBES星表在不同流量密度阈值下的完整性与谱保真度如何？
• RQ4 改进的模型如何影响残余二维功率谱，特别是在小角尺度上的表现？
• RQ5 扩展源和旁瓣源在残余前景污染中扮演什么角色？新星表对它们的建模效果如何？

主要发现

• LoBES星表在32 mJy处达到90%的完整性，在10.5 mJy处达到70%的完整性，中位灵敏度为2.1 mJy beam⁻¹。
• 成功对80,824个源中的78%进行了谱建模，对最佳拟合为幂律的源，其谱指数与以往文献结果一致。
• 与当前天空模型相比，使用LoBES模型时，残余前景的二维功率谱在小角尺度上表现出显著的功率降低。
• 剥离后的源残余均方根值更低，尤其是对扩展源而言，表明校准保真度得到改善。
• 该改进在前景楔形区域内最为显著，证实了更精确的源结构和谱模型可有效减少前景泄漏。
• 研究识别出弥散银河系发射和波束模型不准确性是限制大角尺度残余功率的潜在系统误差来源。