宇宙微波背景辐射功率谱快速估算子的相关研究

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以Planck空间卫星实验为标志的宇宙微波背景辐射实验,已经在lmax=1500~2000的范围内实现了对TT,TE,EE功率谱的高精度测量。利用这些功率谱信息,我们在检验ACDM模型和限制宇宙学参数方面取得了丰硕的成果。随着后普朗克时代的到来,大尺度的B-模信号的探测成为了接下来CMB实验最重要的科学目标之一。为此,对大尺度B-模相关的功率谱的重构方法的探索研究具有重要的现实意义。现有的计算B-模功率谱估算子(包括TB,EB功率谱)的两种方法:SZ(Smith-Zaldarriaga method)方法和 QML(The Quadratic Maximum Likelihood method)方法均有一定的缺陷。前者在大尺度上有非常大的计算误差,而后者虽然误差控制的很好,但存在计算时间长,对计算机资源的需求过高的问题。我们结合两种方法的优点,提出了 QML-SZ方法,将其运用在了B-模相关的功率谱的计算中。此外,我们还将消除极化场中的E-B泄漏的 TC(the template cleaning method)方法与 QML 方法相结合,提出了 QML-TC方法将其用在了BB-功率谱的计算中。两种方法的主要思想都是利用E/B分离方法从极化各向异性天图中分离得到只包含B-模信息的标量天图,然后通过标量形式的QML方法重构出其中的功率谱信息。我们通过一系列模拟实验对上述方法进行了比较。空间卫星实验的模拟结果表明,在BB,TB,EB功率谱估算子的计算中,QML-SZ方法均得到了功率谱的无偏估计,除了在l<5的部分相比QML方法误差有所增加外,在其他多级范围内都有接近QML方法的表现(但均优于PCL(pseudo-Cl method)方法的模拟结果)。造成这一现象的原因可能有如下几种情形:1.由于QML-SZ方法采用的先验功率谱估算子中含有Nl,2=(?)这一因子,导致在球谐展开或在降低天图的分辨率的过程中,容易受到高频多极信号的影响(l较大);2.在利用SZ方法得到“纯”B-模天图的过程中,必须对掩模(mask)的边缘进行变迹操作,这会使得我们在利用标量形式的QML方法进行计算时,需要去除掉一部分边界处的像素点使得可利用的天区信息的减少,进而在整体上增加一些功率谱计算的不确定性。在地面卫星实验方面,QML-SZ方法和QML-TC方法在计算BB功率谱估算子时表现优异,有着与QML方法同样的精确度,但计算速度提升1到2个量级,同时对内存等计算资源的需求降低了至少一个量级。而在计算交叉功率谱估算子时,PCL方法则同时兼顾了计算效率和计算表现,有着与QML方法相同的精度但计算效率却要高的多,成为小尺度上计算交叉功率谱的最佳选择。
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