강도 매핑

Intensity mapping

우주론에서 강도 매핑은 미해결 가스 구름에서 나오는 통합 전파방출을 이용하여 우주의 대규모 구조를 측량하는 관측기법이다.

가장 일반적인 변형인 21 cm 강도 매핑에서 중성수소의 21 cm 방출 라인은 가스를 추적하는 데 사용된다.수소는 기초적인 우주 밀도 영역의 변동을 따르며, 밀도가 높은 지역은 더 높은 배출 강도를 발생시킨다.따라서 강도 변동은 물질 변동의 동력 스펙트럼을 재구성하는 데 사용될 수 있다.방출선의 주파수는 우주의 팽창에 의해 적색히프화되기 때문에 넓은 주파수 대역을 커버하는 라디오 수신기를 사용함으로써 이 신호를 적색시프트의 함수로서 감지할 수 있으며, 따라서 우주 시간의 함수로서 탐지할 수 있다.이는 은하가 개별적으로 탐지하고 측정해야 하는 중요한 구별과 함께 원칙적으로 은하 적색변형 조사와 유사하여 강도 매핑이 상당히 빠른 방법을 만든다.[1]

역사

  • 1977년 8월: 바르샬로비치(Varshalovich)와 케르손스키[2](Khersonskii)는 CMB의 스펙트럼에 대한 높은 적색변형에서 21cm 라인 흡수 효과를 계산한다.
  • 1996년 8월: 마도, 메이신 & 리스는[3] 레이온화의 에포를 탐구하는 한 방법으로 강도 매핑을 제안한다.
  • 2001년 12월: Bharadwaj & Sethi는[4] 중성 수소의 강도 지도를 사용하여 재생성 후 시대의 물질 분포를 관찰할 것을 제안한다.
  • 2004년 1월: Battye, Davies & Weller는[5] 어두운 에너지를 측정하기 위해 21 cm의 강도 지도를 사용할 것을 제안한다.
  • 2006년 6월: 피터슨, 반두라, 펜은[6] 허블구 수소 조사를 제안한다.
  • 2009년 3월: Green Bank 망원경에 의해 처음으로 관측된 우주학적 HI[7] 신호 1.12에 의해 적색 전환되었다.
  • 2013년 1월: 캐나다 브리티시 컬럼비아에서 CHIME 실험으로[8] 공사가 시작된다.

과학적 응용

강도 매핑은 여러 가지 다른 정권에서 우주 물질 밀도 분야를 측정하는 방법으로 제안되어 왔다.

리온화 시대

재조합과 재이온화 시대 사이에 우주의 바이오닉 내용물(대부분 수소)은 중립적인 단계에 존재했다.이때부터 재이온화의 끝까지 21cm의 배출량을 감지하는 것이 초기 구조 형성을 연구하는 강력한 방법으로 제안되었다.[9]우주의 이 역사는 약에서 - 약로 적색 편향된 것에 해당하며 이는 50 - 200 MHz의 강도 매핑 실험에 대한 주파수 범위를 의미한다.

대규모 구조와 암흑 에너지

늦은 시간, 우주가 재이온화된 후, 남아있는 중립 수소의 대부분은 축축한 라이만 알파 시스템이라고 불리는 밀집된 가스 구름에 저장되며, 그곳에서 이온화 UV 복사로부터 보호된다.이것들은 주로 은하계에서 진행되기 때문에, 중성 수소 신호는 사실상 은하 분포를 추적하는 것이다.

은하 적색편향 조사와 마찬가지로 강도 매핑 관측을 사용하여 물질 전력 스펙트럼의 바이론 음향 진동 기능을 표준 자로 사용하여 우주의 기하학 및 팽창 속도(따라서 암흑 에너지의[1] 특성)를 측정할 수 있다.일반 상대성 변형을 시험하는 데 유용한 구조물의 증가율은 적색 편향 공간 왜곡을 사용하여 측정할 수도 있다.[10]이 두 특징 모두 수십~수백 메가파섹의 큰 눈금에서 발견되는데, 중성수소의 낮은 각질(해결되지 않은) 지도가 이를 감지하기에 충분한 이유다.이는 일반적으로 수십 킬로파초 밖에 되지 않는 개별 은하를 탐지해야 하는 적색 임시 조사의 해상도와 비교해야 한다.

강도 지도 조사는 기존의 광학 적색 임시 조사보다 훨씬 더 빨리 수행될 수 있기 때문에, 훨씬 더 많은 양의 우주를 지도 제작하는 것이 가능하다.이와 같이 강도 매핑은 인플레이션으로부터의[11] 원시 비가우스성 및 물질 상관 함수에 대한 일반 상대론적 보정을 포함하여 극히 큰 규모로 현상을 측정하는 방법으로 제안되었다.[12]

분자 및 미세구조선

원칙적으로 어떤 배출선이라도 검출할 수 있으면 강도 지도를 만드는 데 사용할 수 있다.우주적 추적기로 제안된 기타 배출 라인은 다음과 같다.

  • 일산화탄소와[13] 같은 분자의 회전 전환
  • 이온화 탄소[14] 등 종으로부터의 미세구조 전환
  • 수소로부터의[15] 리만알파 방출

실험

다음 망원경은 강도 지도 조사를 주관하거나, 향후 실시할 계획이다.

참조

  1. ^ a b Bull, Philip; Ferreira, Pedro G.; Patel, Prina; Santos, Mario G. (2015). "Late-time cosmology with 21cm intensity mapping experiments". The Astrophysical Journal. 803 (1): 21. arXiv:1405.1452. Bibcode:2015ApJ...803...21B. doi:10.1088/0004-637X/803/1/21. S2CID 118350366.
  2. ^ Varshalovich, D. A.; Khersonskii, V. K. (1977-08-01). "Distortion of the primordial radiation spectrum by the 21-cm hydrogen line at epochs z = 150-15". Soviet Astronomy Letters. 3: 155. Bibcode:1977SvAL....3..155V.
  3. ^ Madau, Piero; Meiksin, Avery; Rees, Martin J. (1997). "21 Centimeter Tomography of the Intergalactic Medium at High Redshift". The Astrophysical Journal. 475 (2): 429–444. arXiv:astro-ph/9608010. Bibcode:1997ApJ...475..429M. doi:10.1086/303549. S2CID 118239661.
  4. ^ Bharadwaj, Somnath; Sethi, Shiv K. (December 2001). "HI fluctuations at large redshifts: I-visibility correlation". Journal of Astrophysics and Astronomy. 22 (4): 293–307. arXiv:astro-ph/0203269. Bibcode:2001JApA...22..293B. doi:10.1007/BF02702273. S2CID 14605700.
  5. ^ Battye, Richard A.; Davies, Rod D.; Weller, Jochen (2004). "Neutral hydrogen surveys for high-redshift galaxy clusters and protoclusters". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 355 (4): 1339–1347. arXiv:astro-ph/0401340. Bibcode:2004MNRAS.355.1339B. doi:10.1111/j.1365-2966.2004.08416.x. S2CID 16655207.
  6. ^ Peterson, Jeffery B.; Bandura, Kevin; Pen, Ue Li (2006). "The Hubble Sphere Hydrogen Survey". arXiv:astro-ph/0606104. Bibcode:2006astro.ph..6104P. {{cite journal}}:Cite 저널은 필요로 한다. journal=(도움말)
  7. ^ Chang, Tzu-Ching; Pen, Ue-Li; Bandura, Kevin; Peterson, Jeffrey B. (22 July 2010). "An intensity map of hydrogen 21-cm emission at redshift z ≈ 0.8". Nature. 466 (7305): 463–465. Bibcode:2010Natur.466..463C. doi:10.1038/nature09187. PMID 20651685. S2CID 4404546.
  8. ^ "Construction begins on Canada's largest radio telescope". Phys.org. 2013-01-24. Retrieved 17 August 2014.
  9. ^ Loeb, Abraham; Zaldarriaga, Matias (May 2004). "Measuring the Small-Scale Power Spectrum of Cosmic Density Fluctuations through 21 cm Tomography Prior to the Epoch of Structure Formation". Physical Review Letters. 92 (21): 211301. arXiv:astro-ph/0312134. Bibcode:2004PhRvL..92u1301L. doi:10.1103/PhysRevLett.92.211301. PMID 15245272. S2CID 30510359.
  10. ^ Hall, Alex; Bonvin, Camille; Challinor, Anthony (19 March 2013). "Testing general relativity with 21-cm intensity mapping". Physical Review D. 87 (6): 064026. arXiv:1212.0728. Bibcode:2013PhRvD..87f4026H. doi:10.1103/PhysRevD.87.064026. S2CID 119254857.
  11. ^ Camera, Stefano; Santos, Mário G.; Ferreira, Pedro G.; Ferramacho, Luís (2013). "Cosmology on Ultralarge Scales with Intensity Mapping of the Neutral Hydrogen 21 cm Emission: Limits on Primordial Non-Gaussianity". Physical Review Letters. 111 (17): 171302. arXiv:1305.6928. Bibcode:2013PhRvL.111q1302C. doi:10.1103/PhysRevLett.111.171302. PMID 24206474. S2CID 27160707.
  12. ^ Maartens, Roy; Zhao, Gong-Bo; Bacon, David; Koyama, Kazuya; Raccanelli, Alvise (26 February 2013). "Relativistic corrections and non-Gaussianity in radio continuum surveys". Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. 2013 (2): 044. arXiv:1206.0732. Bibcode:2013JCAP...02..044M. doi:10.1088/1475-7516/2013/02/044. S2CID 21985095.
  13. ^ Lidz, Adam; Furlanetto, Steven R.; Peng Oh, S.; Aguirre, James; Chang, Tzu-Ching; Doré, Olivier; Pritchard, Jonathan R. (10 November 2011). "INTENSITY MAPPING WITH CARBON MONOXIDE EMISSION LINES AND THE REDSHIFTED 21 cm LINE". The Astrophysical Journal. 741 (2): 70. arXiv:1104.4800. Bibcode:2011ApJ...741...70L. doi:10.1088/0004-637X/741/2/70. S2CID 45158086.
  14. ^ Gong, Yan; Cooray, Asantha; Silva, Marta; Santos, Mario G.; Bock, James; Bradford, C. Matt; Zemcov, Michael (January 2012). "Intensity Mapping of the [CII] Fine Structure Line during the Epoch of Reionization". The Astrophysical Journal. 745 (1): 49. arXiv:1107.3553. Bibcode:2012ApJ...745...49G. doi:10.1088/0004-637X/745/1/49. S2CID 41261385.
  15. ^ Pullen, Anthony R.; Doré, Olivier; Bock, Jamie (May 2014). "Intensity Mapping across Cosmic Times with the Lyα Line". The Astrophysical Journal. 786 (2): 111. arXiv:1309.2295. Bibcode:2014ApJ...786..111P. doi:10.1088/0004-637X/786/2/111. S2CID 50979853.
  16. ^ "Tianlai Project". Retrieved 2020-02-20.
  17. ^ "Cahill Radio Astronomy Lab - CRAL". www.astro.caltech.edu. Retrieved 2017-11-06.
  18. ^ Wang, Jingying; Santos, Mario G.; Bull, Philip; Grainge, Keith; Cunnington, Steven; Fonseca, Jose; Irfan, Melis O.; Li, Yichao; Pourtsidou, Alkistis; Soares, Paula S.; Spinelli, Marta (2021). "H i intensity mapping with MeerKAT: Calibration pipeline for multidish autocorrelation observations". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 505 (3): 3698–3721. arXiv:2011.13789. doi:10.1093/mnras/stab1365.

외부 링크