[论文解读] The WSRT Virgo Hi filament survey II; Cross Correlation Data

Attila Popping, Róbert Braun|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|Jan 12, 2011

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 8被引用 7

一句话总结

本论文基于韦斯特伯格室女座H I丝状结构巡天的互相关干涉测量数据，利用极端时角观测模拟出300×25米的填充孔径，实现了高表面亮度灵敏度（N_HI ~ 10^18 cm⁻²），成功探测到宇宙网中微弱且弥散的H I结构。研究共报告199个探测结果，包括17个新的H I源，其灵敏度优于以往巡天，使我们能够更深入探测柱密度接近莱曼限系统区域（N_HI ~ 10^18 cm⁻²）的星系晕及星系际气体。

ABSTRACT

The extended environment of galaxies contains a wealth of information about the formation and life cycle of galaxies which are regulated by accretion and feedback processes. Observations of neutral hydrogen are routinely used to image the high brightness disks of galaxies and to study their kinematics. Deeper observations will give more insight into the distribution of diffuse gas in the extended halo of the galaxies and the IGM, where numerical simulations predict a cosmic web of extended structures and gaseous filaments. To observe the extended environment of galaxies, column density sensitivities have to be achieved that probe the regime of Lyman limit systems. HI observations are typically limited to a brightness sensitivity of NHI~10^19 cm-2, but this must be improved upon by ~2 orders of magnitude. In this paper we present the interferometric data of the Westerbork Virgo HI Filament Survey (WVFS) - the total power product of this survey has been published in an earlier paper. By observing at extreme hour angles, a filled aperture is simulated of 300x25 meters in size, that has the typical collecting power and sensitivity of a single dish telescope, but the well defined bandpass characteristics of an interferometer. With the very good surface brightness sensitivity of the data, we hope to make new HI detections of diffuse systems with moderate angular resolution. The survey maps 135 degrees in Right Ascension between 8 and 17 hours and 11 degrees in Declination between -1 and 10 degrees, including the galaxy filament connecting the Local Group with the Virgo Cluster. Only positive declinations could be completely processed and analysed due to projection effects. A typical flux sensitivity of 6 mJy beam-1 over 16 km s-1 is achieved, that corresponds to a brightness sensitivity of NHI~10^18 cm-2. In total, 199 objects have been detected, of which 17 are new HI detections. (Abridged)

研究动机与目标

• 在深度H I巡天中实现高表面亮度灵敏度，以探测宇宙网及星系晕中微弱且弥散的气体。
• 通过利用WSRT在极端时角的观测模拟填充孔径，克服标准干涉测量在亮度灵敏度上的限制。
• 实现对柱密度接近莱曼限系统区域（N_HI ~ 10^18 cm⁻²）的H I特征探测，这些特征对理解星系反馈与吸积过程至关重要。
• 提供一种高灵敏度数据产品，与总功率巡天及重新处理的HIPASS巡天互补，用于扩展和弥散H I结构的交叉识别。

提出的方法

• 利用西弗兰德综合孔径射电望远镜（WSRT）——一个东西向阵列——在极端时角进行观测，投影出约300×25米的填充孔径，模拟单镜面望远镜的集光能力。
• 采用非标准数据处理技术，以应对强旁瓣和波束畸变问题，特别是在北天极（NCP）投影中，当δ = 0°时出现退化现象。
• 采用NCP投影的拼接成像策略，但因网格化过程中通量未被保留，需对靠近天赤道的数据施加通量校正。
• 使用Duchamp源探测算法的两种模式：一种为8σ峰值阈值的盲搜模式，另一种为5σ阈值下与光学源关联的匹配搜寻模式。
• 由于计算资源限制，仅执行单次清洗去卷积，接受残留伪影的存在，并通过视觉检查峰值以区分真实发射与旁瓣伪影。
• 将结果与总功率WVFS巡天及重新处理的HIPASS数据进行比较，以区分弥散丝状结构与紧凑H I团块，并验证探测结果的可靠性。

实验结果

研究问题

• RQ1 利用像WSRT这样的干涉仪在极端时角观测，能否实现与单镜面望远镜相当的表面亮度灵敏度，从而探测到微弱且弥散的H I结构？
• RQ2 在东西向干涉仪中进行宽场、低赤纬巡天时，成像面临哪些技术挑战，特别是NCP投影下的波束畸变与通量守恒问题？
• RQ3 交叉相关数据中的H I探测结果在通量和形态上与总功率巡天及重新处理的HIPASS巡天结果相比如何？
• RQ4 探测到的H I特征中，有多少是新发现的？其中多少与光学星系相关，又有多少是孤立的？
• RQ5 在高动态范围、易受伪影影响的数据中，自动源探测算法在可靠识别低信噪比特征方面表现如何？视觉检查在此过程中起到何种作用？

主要发现

• 该巡天实现了典型6 mJy beam⁻¹的通量灵敏度（覆盖16 km s⁻¹），对应亮度灵敏度为N_HI ~ 10^18 cm⁻²，相比标准干涉测量极限提升了约两个数量级。
• 共探测到199个H I特征：其中138个来自8σ峰值阈值的盲搜，198个来自5σ阈值下与光学源关联的匹配搜寻。
• 17个探测结果为新的H I源，仅1个探测结果无光学对应体，表明源探测过程具有很高的可靠性。
• 探测到的干涉仪总通量平均比HIPASS档案库中的已知通量低约10%，提示先前巡天可能存在通量低估或校准偏差。
• 许多具有3–4σ峰值且积分通量超过8σ的特征被识别出来，表明大量真实存在的低信噪比特征未被自动算法探测到。
• 数据揭示了在NCP投影中存在系统性通量误差，这是由于拼接过程中加权不当所致，尤其影响天赤道附近的通量，因此在最终结果中应用了通量校正。