利用基于模拟的推断探索21厘米功率谱的似然函数
宇宙学与河外天体物理
2023-07-12 v2 星系天体物理
摘要
宇宙21厘米功率谱(PS)的观测正开始使我们能够对宇宙最初十亿年间的星系性质和物理宇宙学进行精确的贝叶斯推断。在此,我们研究了此类推断中常用的关于似然函数的近似所产生的影响,包括:(i)假设高斯函数形式;(ii)从单次实现中估计均值;以及(iii)在参数空间中的单点处估计(协)方差。我们将使用显式似然函数的“经典”推断与从训练集估计似然函数的基于模拟的推断(SBI)进行比较。我们的正向模型包括:(i)利用21cmFAST通过改变UV和X射线星系参数以及初始条件计算出的宇宙21厘米信号实现;(ii)对应于SKA1-Low的1000小时积分的望远镜噪声实现;(iii)对应于前景主导的视界“楔形”的傅里叶模式剔除。我们发现,一维功率谱似然函数可很好地用考虑波模与红移区间之间协方差的高斯分布来描述(高阶关联很小)。然而,从随机实现或参数空间单点处估计正向建模均值和(协)方差的常用方法会导致有偏且过度约束的后验。我们最好的结果来自使用SBI以高斯混合神经密度估计器拟合非高斯似然函数。此类SBI所需的模拟数量可比经典显式似然推断少多达一个数量级。因此,SBI能以相当低的计算成本提供准确的后验。
引用
@article{arxiv.2305.03074,
title = {Exploring the likelihood of the 21-cm power spectrum with simulation-based inference},
author = {David Prelogović and Andrei Mesinger},
journal= {arXiv preprint arXiv:2305.03074},
year = {2023}
}
备注
16 pages, 12 figures, updated to match the version accepted for publication in MNRAS