[论文解读] Updated analysis of near-infrared background fluctuations

Bin Yue, Andrea Ferrara+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 11, 2016

Particle Detector Development and Performance被引用 3

一句话总结

本文通过表明CIBER 1.1/1.6 μm与Spitzer 3.6 μm波段之间的相关性源于弥散银河光（DGL），而非早期黑洞，解决了对近红外背景（NIRB）涨落解释中的矛盾。DGL组分可解释大尺度涨落，使直接坍缩黑洞（DCBH）模型保持可行，并将所需DCBH丰度最多降低30%。

ABSTRACT

The power spectrum of Near InfraRed Background (NIRB) fluctuations measured at 3.6 $μ$m by { t Spitzer} shows a clustering excess over the known galaxies signal that has been interpreted in terms of early ($z\simgt 13$), accreting (direct collapse) black holes (DCBH) or low-$z$ intrahalo light (IHL). In addition, these fluctuations correlate with the cosmic X-ray background (CXB) measured at (0.5-2) keV, supporting the black hole explanation. This scenario has been questioned by the recent detection of a correlation between the two { t CIBER} 1.1/1.6 $μ$m bands with the 3.6 $μ$m { t Spitzer} one. This correlation is hardly explained by early DCBHs that, due to intergalactic absorption, cannot contribute to the shortest wavelength bands. Here we show that the new correlation is caused instead by a Diffuse Galactic Light (DGL) component arising from Galactic stellar light scattered by dust. The black hole interpretation of the excess remains perfectly valid and, actually, the inclusion of DGL allows less demanding (by up to about 30\%) requirements on the DCBH abundance/mass.

研究动机与目标

• 解决在CIBER 1.1/1.6 μm与Spitzer 3.6 μm波段观测到的NIRB涨落互相关与DCBH假说之间的明显矛盾。
• 评估银河系中DGL组分是否可解释大角度尺度上的观测互相关性。
• 评估DGL的引入是否可减少为解释NIRB聚类过剩而所需的早期DCBH质量密度或丰度。
• 检验DCBH情景与观测到的3.6 μm NIRB和宇宙X射线背景（CXB）涨落之间互相关的一致性。
• 确定DCBH模型是否能同时拟合3.6 μm自相关功率谱与3.6 μm–CXB互相关功率谱。

提出的方法

• 将3.6 μm自相关功率谱建模为DGL、低红移星系的散粒噪声以及DCBH聚类组分之和。
• 利用小尺度上（l ≳ 10^4）的散粒噪声主导特性，从CIBER在1.1和1.6 μm的数据中分离出散粒噪声组分（C_SN）。
• 在大尺度（l ≲ 300）上，假设波段间完全相关，将DGL组分拟合至1.1 × 3.6 μm与1.6 × 3.6 μm互相关功率谱。
• 使用基准质量密度模型（ρ_• = 4×10^5 和 2.7×10^5 M⊙ Mpc⁻³）对DCBH在3.6 μm自相关与3.6 μm–CXB互相关中的贡献进行建模。
• 将总预测功率谱（DGL + 低红移源 + DCBHs）与Spitzer和Cappelluti等人（2013）的CXB数据进行比较。
• 评估DCBH模型与1.5 keV处未解析CXB强度极限（Moretti等人，2012）的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 观测到的CIBER 1.1/1.6 μm与Spitzer 3.6 μm NIRB涨落之间的互相关性是否可由DGL组分解释，而非早期DCBH？
• RQ2 将DGL纳入模型后，为解释NIRB聚类过剩，所需DCBH质量密度或丰度的减少程度如何？
• RQ3 DCBH模型是否仍与观测到的3.6 μm–CXB互相关功率谱一致？
• RQ4 DCBH对CXB自相关功率谱的预测贡献是否与观测限制一致？
• RQ5 DGL组分是否足以单独解释3.6 μm功率谱中的大尺度涨落，而低红移星系仅在小尺度上贡献？

主要发现

• 在大尺度（l ≲ 300）上，1.1 × 3.6 μm与1.6 × 3.6 μm互相关功率谱可被DGL组分良好拟合，且该组分在这些尺度上主导了3.6 μm自相关功率谱。
• DGL对3.6 μm自相关功率谱的贡献足以解释观测到的大尺度涨落，而低红移星系主要通过小尺度上的散粒噪声贡献。
• 引入DGL后，DCBH质量密度需求最多可降低约30%，使DCBH情景的假设要求更低。
• 当结合DGL与低红移源时，DCBH模型在所有尺度上均能良好拟合Spitzer 3.6 μm自相关功率谱。
• DCBH对3.6 μm–CXB互相关功率谱的贡献与观测数据一致，而DCBH预测的CXB自相关功率谱仍低于未解析CXB强度极限。
• 该模型预测在3.6 μm以下波长处，NIRB–CXB相关性显著抑制，与因星际介质吸收而无DCBH贡献的观测结果一致。