用于恢复 LOFAR-EoR 21 厘米功率谱的前景去除技术比较

我们比较了各种正在被用于去除明亮前景的实验中所采用的前景去除技术，这些实验旨在探测来自再电离时期的中性氢红移 21 厘米信号。在这项工作中，我们在 10 个夜晚的 LOFAR 数据上测试了去除技术（FastICA、GMCA 和 GPR）的性能，并研究了恢复 21 厘米信号最新上限的可能性。有趣的是，我们发现 GMCA 和 FastICA 重现了最近由 GPR 应用所得到的最新的 2$\sigma$ 上限 $\Delta^2_{21} <$ (73)$^2$ mK$^2$（在 $k=0.075~ h \mathrm{cMpc}^{-1}$ 处）。我们还发现 FastICA 和 GMCA 在大于 $\sim 0.1 ~h \mathrm{cMpc}^{-1}$ 的 \textit{k} 尺度上开始偏离噪声极限。然后我们通过模拟复现数据，通过针对各种仪器效应进行测试，以查看 FastICA 和 GMCA 局限性的来源。我们发现，没有任何单一的仪器效应（如主波束效应或模式混淆）能够解释 FastICA 和 GMCA 在较大 \textit{k} 尺度上较差的恢复效果。接着我们测试了 FastICA 和 GMCA 的尺度无关性，发现较小的 \textit{k} 尺度可以用较少数量的独立分量来建模。对于较大尺度（$k \gtrsim 0.1~h \mathrm{cMpc}^{-1}$），需要更多的独立分量来拟合前景。我们得出结论，LOFAR 合作组当前对 GPR 的使用是合适的去除技术。它既稳健又不易过拟合，未来对 GPR 拟合优化的改进将产生更深的限制。