利用波束成形方法通过射电阵列望远镜探测宇宙黎明时期的21厘米全局信号
天体物理仪器与方法
2022-11-30 v1 宇宙学与河外天体物理
摘要
在“宇宙黎明”时期形成的第一批恒星和星系被认为在早期宇宙的原子氢气体的21厘米自旋温度上留下了微弱信号。在观测上，吸收特征应可在米波波长处天空平均（即全局）温度的频率依赖性中测得。该信号可通过将对数多项式和吸收槽联合拟合到辐射计频谱中，与平滑但亮好几个数量级的前景辐射分离开来。大多数测量21厘米全局信号的方法使用偶极子状天线上的辐射计系统。在此，我们认为基于波束成形的方法可能使射电阵列能够测量21厘米全局信号。我们使用天顶相位阵列模拟了50–100 MHz射电天空的端到端漂移扫描观测，发现复杂的旁瓣结构引入了显著的随频率变化的系统误差。然而，波束宽度随频率的λ/D演化并不妨碍探测。我们得出结论，旁瓣电平在主波束以下约50 dB的中值水平的波束成形阵列可提供一种测量21厘米全局信号的替代方法。这一水平可由具有O(10^5)个天线的阵列实现。
引用
@article{arxiv.2210.04693,
title = {Beamforming approaches toward detecting the 21-cm global signal from Cosmic Dawn with radio array telescopes},
author = {Danny C. Price},
journal= {arXiv preprint arXiv:2210.04693},
year = {2022}
}
备注
Accepted to PASA